TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
Martin Hanczyc: Die Linie zwischen Leben und Nicht-Leben
Filmed:
Readability: 4.3
819,541 views
In seinem Labor stellt Martin Hanzcyz "Protozellen" her, experimentelle Kleckse von Chemikalien, die sich wie lebende Zellen verhalten. Seine Arbeit zeigt, wie das Leben auf der Erde zuerst zustande gekommen sein könnte... und vielleicht auch anderswo.
Martin Hanczyc - Chemist
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells. Full bio
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
So historically there has
0
0
2000
Also, in der Geschichte gab es
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
einen großen Spalt zwischen dem, was die Menschen als
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
nicht-lebende Systeme betrachtet haben auf der einen Seite
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
und lebenden Systemen auf der anderen Seite.
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
Wir nehmen also, sagen wir, diesen schönen und
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
komplexen Kristall als Nicht-Leben und diese auch sehr
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
schöne und komplexe Katze auf der anderen Seite.
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
Über die letzten cirka 150 Jahre
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
hat die Wissenschaft diese Unterscheidung etwas verwischt,
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
zwischen nicht-lebenden und lebenden Systemen, und
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
jetzt finden wir, dass da eine Art
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
Kontinuum zwischen den beiden existieren könnte.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
Wir nehmen hier einfach ein Beispiel:
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
ein Virus ist ein natürliches System, richtig?
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
Aber es ist sehr einfach. Es ist sehr simplistisch.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
Es erfüllt nicht wirklich alle Voraussetzungen,
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
es hat nicht alle Eigenschaften
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
eines lebenden Systems und ist de Fakto ein Parasit
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
auf anderen lebenden Systemen um sich, sagen wir,
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
zu reproduzieren und weiter zu entwickeln.
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
Aber worüber wir hier sprechen werden,
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
heute Abend, sind Experimente sozusagen am
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
nicht-lebenden Ende dieses Spektrums -- also eigentlich
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
machen wir chemische Experimente im Labor,
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
bei denen wir nicht-lebende Zutaten vermischen
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
und neue Strukturen schaffen, und wo diese
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
neuen Strukturen vielleicht manche der
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
Eigenschaften von lebenden Systemen haben.
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
Worüber ich hier wirklich spreche,
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
ist der Versuch, künstliches Leben herzustellen.
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
Also was sind diese Eigenschaften, über die
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
ich spreche? Das sind sie.
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
Wir nehmen zuerst an, dass Leben einen Körper hat.
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
Das ist notwendig, damit es sich von seiner
01:31
from the environment.
34
76000
2000
Umwelt abgrenzen kann.
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
Leben hat also einen Stoffwechsel. Das ist ein
01:35
process by which life can convert resources
36
80000
3000
Prozess, in dem Leben Ressourcen der Umwelt
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
in Bauklötze verwandeln kann,
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
um sich selbst zu erhalten und zu erbauen.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
Leben hat auch eine Art erbliche Information.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
Wir, als Menschen, wir bewahren unsere Information
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
in Form von DNS in unseren Genomen auf und wir geben
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
diese information unserem Nachwuchs weiter.
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
Wenn wir die ersten beiden verbinden – den Körper und den Stoffwechsel –
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
können wir ein System bekommen, das sich vielleicht
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
bewegen und vervielfachen könnte, und wenn wir
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
diese mit der erblichen Information verbinden,
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
können wir ein System bekommen, das viel
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
lebensechter wäre und sich vielleicht weiterentwickeln würde.
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
Und das sind die Dinge, die wir im Labor
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
schaffen möchten, Experimente machen, die eine oder mehr
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
dieser Eigenschaften des Lebens besitzen.
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
Wie tun wir das? Also, wir verwenden
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
ein Modellsystem, das wir Protozelle nennen.
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
Sie können sich das wie eine Art primitive
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
Zelle vorstellen. Es ist ein einfaches chemisches
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
Modell einer lebenden Zelle, und wenn Sie annehmen, dass eine
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
Zelle in Ihrem Körper, zum Beispiel,
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
Millionen von verschiedenen Arten von
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
Molekülen hat, die zusammenkommen müssen,
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
in einem komplexen Netz zusammenspielen müssen,
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
um etwas, das wir lebendig nennen, zu erschaffen.
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
Was wir im Labor machen wollen,
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
ist so ziemlich das gleiche, aber mit ein paar
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
Dutzend von verschiedenen Arten von Molekülen –
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
so eine drastische Verringerung der Komplexität, aber dennoch
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
der Versuch, etwas Lebensechtes zu schaffen.
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
Und was wir tun ist, wie beginnen einfach
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
und arbeiten uns hoch zu den lebenden Systemen.
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
Ziehen Sie für einen Moment dieses Zitat von Leduc
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
in Betracht, von vor 100 Jahren, das eine Art
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
synthetischer Biologie bespricht:
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"Die Synthese des Lebens, wenn sie jemals vorkommt,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
wird nicht die sensationelle Entdeckung sein, die wir
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
gewöhnlich mit der Idee in Verbindung bringen."
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
Das ist seine erste Aussage. Wenn wir also wirklich
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
im Labor Leben schaffen, wird es
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
wahrscheinlich gar keine Auswirkung auf unser Leben haben.
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
"Wenn wir die Theorie der Evolution annehmen,
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
dann muss das erste Aufkommen der Synthese des Lebens
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
aus der Produktion von Formen zwischen
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
der inorganischen und der organischen Welt,
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
oder zwischen der nicht-lebenden
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
und der lebenden Welt bestehen, Formen, die nur
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
ein paar grundlegende Eigenschaften des Lebens besitzen"
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
-– also die, die ich gerade besprochen habe –
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
"zu denen andere Eigenschaften im Laufe der Entwicklung
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
von der Evolution der Umwelt selbst
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
langsam hinzugefügt werden."
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
Wir starten also einfach, wir schaffen ein paar Strukturen,
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
die manche dieser Eigenschaften des Lebens
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
haben könnten, und dann versuchen wir, das weiter
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
zu entwickeln um es lebensechter zu machen.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
So können wir beginnen, eine Protozelle zu schaffen.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
Wir verwenden diese Idee, die sich Selbst-Anordnung nennt.
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
Das bedeutet, dass ich ein paar Chemikalien in einem Reagenzglas
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
in meinem Labor vermischen kann,
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
und diese Chemikalien werden beginnen, sich selbst anzuordnen
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
und größere und größere Strukturen zu bilden.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
Also sagen wir, zehntausende oder
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
hunderttausende Moleküle werden
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
sich formen und eine große Struktur bilden,
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
die zuvor nicht existiert hat.
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
Und in diesem bestimmten Fall
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
habe ich Zellhautmoleküle genommen,
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
sie in der richtigen Umgebung zusammengemischt
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
und innerhalb von Sekunden formen sie diese recht
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
komplexen und schönen Strukturen hier.
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
Diese Membranen sind auch ähnlich,
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
morphologisch und funktionell,
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
den Membranen in Ihrem Körper,
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
und wir können sie verwenden, sozusagen,
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
um den Körper unserer Protozelle zu bauen.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
Ebenso
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
können wir mit Öl- und Wassersystemen arbeiten.
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
Wie Sie wissen, wenn Sie Öl und Wasser zusammenbringen,
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
vermischen sie sich nicht, aber durch Selbst-Anordnung
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
können wir einen netten Öltropfen schaffen
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
und wir können ihn als Körper verwenden für
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
unseren künstlichen Organismus oder für unsere Protozelle,
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
wie Sie später sehen werden.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
Also, das ist nur das Formen von Körperzeug, richtig?
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
Einige Architekturen.
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
Was ist mit den anderen Aspekten lebender Systeme?
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
Wir haben uns dieses Protozellenmodell ausgedacht,
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
das ich hier zeige.
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
Wir haben mit einem natürlich vorkommenden Mörtel
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
begonnen, der Montmorillonit heißt.
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
Der ist natürlich aus der Umwelt, dieser Mörtel.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
Er bildet eine Oberfläche, die, sagen wir, chemisch aktiv ist.
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
Er könnte einen Stoffwechself darauf laufen haben.
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
Bestimmte Arten von Molekülen assoziieren sich gerne
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
mit dem Mörtel. Zum Beispiel, in diesem Fall, RNS, in rot gezeigt
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
– das ist ein Verwandter der DNS,
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
es ist ein Informationsmolekül –
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
es kann ankommen und es beginnt sich
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
mit der Oberfläche dieses Mörtels zu verbinden.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
Die Struktur kann dann die Formation einer
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
Membrangrenze um sich selbst organisieren
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
also kann es einen Körper
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
flüssiger Moleküle um sich selbst formen, und das
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
ist hier auf diesem Mikrograph in grün dargestellt.
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
Also nur durch Selbst-Anordnung, Dinge im Labor
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
zusammenmischen, können wir zum Beispiel
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
eine metabolische Oberfläche mit einigen
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
Informationsmolekülen in ihrem
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
Membrankörper schaffen, richtig?
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
Wir sind also auf dem Weg zu lebenden Systemen.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
Aber wenn Sie diese Protozelle sehen würden, würde Sie sie nicht
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
mit etwas, das tatsächlich lebt, verwechseln.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
Sie ist sogar sehr lebenslos. Wenn sie sich einmal bildet,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
tut sie eigentlich nicht wirklich etwas.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
Also, etwas fehlt.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
Ein paar Dinge fehlen.
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
Also diese fehlenden Dinge sind,
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
zum Beispiel, wenn Sie einen Energiefluss durch
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
ein System hätten, was wir dann wollen würden
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
ist eine Protozelle, die einen Teil dieser Energie
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
ernten kann, um sich zu erhalten,
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
so wie es lebende Systeme tun.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
Also haben wir ein anderes Modell einer
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
Protozelle erstellt, die ist sogar einfacher als die vorherige.
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
In diesem Protozellenmodell, das nur ein Öltröpfchen ist,
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
befindet sich ein chemischer Stoffwechsel,
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
der es dieser Protozelle erlaubt, Energie zu verwenden
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
um etwas zu tun, um dynamisch zu werden,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
wie wir hier sehen werden.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
Sie geben das Tröpfchen in ein System.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
Es ist eine Wasserpfütze und die Protozelle
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
beginnt, sich durch das System zu bewegen.
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
Okay? Das Öltröpfchen formt sich durch
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
Selbst-Anordnung, hat innen einen chemischen
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
Stoffwechsel, damit es Energie verwenden kann,
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
und es verwendet diese Energie um sich selbst
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
in seiner Umwelt zu bewegen.
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
Wie wir zuvor gehört haben, ist Bewegung sehr
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
wichtig in dieser Art lebender Systeme.
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
Es bewegt sich, erforscht seine Umgebung,
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
formt seine Umgebung um, wie Sie sehen,
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
durch chemische Wellen, die die Protozelle bildet.
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
Es benimmt sich auf gewisse Weise wie ein lebendiges System,
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
das sich selbst zu erhalten versucht.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
Wir nehmen diese selbe sich bewegende Protozelle
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
und nehmen sie für ein anderes Experiment,
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
bringen sie in Bewegung. Dann werde ich
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
etwas Nahrung zum System hinzufügen,
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
und Sie sehen das Blaue hier, richtig?
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
Also füge ich eine Nahrungsquelle zum System hinzu.
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
Die Protozelle bewegt sich. Sie trifft auf die Nahrung.
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
Sie gestaltet sich um und kann dann
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
zur höchsten Konzentration an Nahrung in diesem
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
System klettern und dort stoppen.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
Ok? Wir haben also nicht nur dieses System,
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
das einen Körper hat, sondern es hat auch einen Stoffwechsel,
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
kann Energie verwenden und sich herumbewegen.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
Es kann seine lokale Umgebung spüren
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
und in dieser Umwelt Ressourcen finden
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
um sich selbst zu erhalten.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
Nun, es hat kein Gehirn, es hat kein
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
Nervensystem. Es ist nur ein Bündel
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
Chemikalien, das fähig ist, dieses interessante und
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
komplexe lebensähnliche Verhalten zu zeigen.
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
Wenn wir die Anzahl von Chemikalien in diesem
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
System zählen, inklusive des Wassers,
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
das in der Schale ist, haben wir fünf Chemikalien,
07:29
that can do this.
205
434000
2000
die das tun können.
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
Dann geben wir diese Protozellen in einem einzigen
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
Experiment zusammen und sehen, was sie tun
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
und abhängig von den Voraussetzungen,
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
haben wir einige Protozellen links, die sich
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
bewegen und die anderen Strukturen in ihrer
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
Umgebung gerne bewegen.
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
Auf der anderen Seite haben wir zwei sich bewegende
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
Protozellen, die sich gerne umkreisen
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
und eine Art Tanz bilden, einen komplexen Tanz miteinander.
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
Ja? Also haben nicht nur individuelle Protozellen
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
ein Verhalten, das wir als Verhalten in diesem System
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
interpretiert haben, sondern wir haben auch
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
Verhalten fast wie auf dem Level einer Bevölkerung,
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
wie es auch Organismen aufweisen.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
Jetzt wo Sie alle Experten für Protozellen sind
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
werden wir mit diesen Protozellen ein Spiel spielen.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
Wir werden zwei verschiedene Arten machen.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
Protozelle A hat eine Art Chemie in sich,
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
die sie, wenn sie aktiviert wird,
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
herumvibrieren lässt, quasi tanzen.
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
Erinnern Sie sich, das sind primitive Dinge,
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
also sind tanzende Protozellen schon sehr
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
interessant für uns. (Gelächter)
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
Die zweite Protozelle hat eine andere Chemie
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
in sich, die, wenn aktiviert, alle Protozellen
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
zusammenkommen und sich zu
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
einer einzigen Großen verbinden lässt. Ja?
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
Und wir geben diese beiden zusammen,
08:31
in the same system.
234
496000
2000
im gleichen System.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
Da ist also Bevölkerung A,
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
da ist Bevölkerung B, und dann
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
aktivieren wir das System
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
und die Protozellen B, das sind die blauen,
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
kommen alle zusammen. Sie verbinden sich und
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
formen einen großen Tropfen. Und die anderen Protozellen
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
tanzen nur herum. Und das passiert nur,
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
bis alle Energie aus dem System
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
verbraucht ist und dann ist das Spiel aus.
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
Also habe ich dieses Experiment ein paar
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
Mal wiederholt und einmal ist etwas
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
sehr interessantes passiert.
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
Ich habe also die Protozellen zusammen ins
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
System gegeben und Protozellen A und B
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
haben sich zu einer hybriden Protozelle AB verbunden.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
Das war zuvor nicht passiert. Sehen Sie.
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
Da ist jetzt eine Protozelle AB in diesem System.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
Sie tanzt gerne eine Weile herum,
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
währen die Protozelle B die Verbindung übernimmt.
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
Aber dann passiert etwas noch Interessanteres.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
Sehen Sie wie diese zwei großen Protozellen,
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
die hybriden, sich verbinden.
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
Wie haben jetzt ein tanzende Protozelle
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
und einen Akt der Selbstkopie. Ok. (Gelächter)
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
Wieder nur mit zwei Klecksen von Chemikalien.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
Das funktioniert so, dass Sie
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
hier ein simples System von fünf Chemikalien haben,
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
und hier auch ein simples System. Wenn sie sich kreuzen,
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
erhalten Sie etwas anderes als vorher, etwas
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
das komplexer ist als das vorherige System
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
und Sie sehen das Auftauchen einer anderen Art
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
lebensähnlichen Verhaltens, in diesem
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
Fall ist das Replikation.
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
Da wir also ein paar interessante Protozellen machen
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
können, die uns gefallen, mit interessanten Farben
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
und interessantem Verhalten, und sie leicht zu machen
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
sind, und sie interessante lebensähnliche
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
Eigenschaften haben, vielleicht haben diese Protozellen
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
uns etwas über den Ursprung des Leben auf
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
der Erde zu sagen. Vielleicht stellen sie einen leicht
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
zugänglich Schritt dar, einen der ersten Schritte,
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
wie das Leben auf der frühen Erde begonnen hat.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
Es gab definitiv Moleküle auf der frühen
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
Erde, aber sie waren wahrscheinlich nicht diese
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
puren Verbindungen, mit denen wir im Labor
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
gearbeitet haben und die ich in diesen Experimenten gezeigt habe.
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
Sie waren wohl eher eine sehr komplexe Mischung
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
aus allen möglichen Sachen, weil
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
unkontrollierte chemische Reaktionen eine diverse
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
Mischung aus organischen Inhaltsstoffen produzieren.
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
Stellen Sie es sich wie eine Art Urschlamm vor, OK?
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
Und er befindet sich in einer Pfütze, die selbst
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
durch moderne Methoden nur schwer ganz zu charakterisieren ist,
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
und das Produkt sieht braun aus, wie dieser Teer hier
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
auf der linken Seite. Eine pure Verbindung sehen
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
Sie rechts, für den Kontrast.
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
Das ist ähnlich wie was passiert, wenn Sie
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
pure Zuckerkristalle aus Ihrer Küche nehmen,
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
sie in eine Pfanne geben und Energie applizieren.
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
Wenn sie die Hitze hochdrehen, beginnen Sie, chemische
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
Verbindungen im Zucker zu formen oder zu zerbrechen,
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
und es bildet sich ein braunes Karamell, richtig?
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
Wenn Sie das unreguliert weitermachen, werden Sie weiter
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
chemische Verbindungen formen und zerbrechen,
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
und eine noch facettenreichere Mischung von
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
Molekülen machen, die dann dieses dicke, teerige
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
Zeug in Ihrer Pfanne formen, ok, das
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
schwer abzuwaschen ist. So könnte der
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
Ursprung des Lebens ausgesehen haben.
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
Sie mussten Leben aus diesem Schrott herausbekommen,
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
den es auf der frühen Erde gab,
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
vor vier bis viereinhalb Milliarden Jahren.
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
Die Herausforderung ist dann,
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
all Ihre puren Chemikalien aus dem Labor wegzuwerfen und
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
zu versuchen, Protozellen aus den lebensähnlichen
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
Eigenschaften dieses Urschlamms herzustellen.
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
Wir sehen dann wieder die Selbst-Anordnung
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
dieser Körper aus Öltröpfchen,
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
die wir zuvor gesehen haben,
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
und die schwarzen Tupfen darin
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
repräsentieren diesen schwarzen Schlamm – diesen facettenreichen,
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
sehr komplexen, organischen schwarzen Schlamm.
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
Und wir geben sie in eines dieser
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
Experimente, wie Sie zuvor gesehen haben, und dann
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
beobachten wir die lebendige Bewegung, die herauskommt.
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
Sie sehen sehr gut aus, sehr gute Bewegung,
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
und sie dürften auch eine Art Verhalten
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
haben, wo sie quasi umeinander kreisen
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
und sich gegenseitig verfolgen,
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
ähnlich wie was wir zuvor gesehen haben – aber auch hier
11:46
working with just primordial conditions,
325
691000
2000
nur mit primordialen Eigenschaften arbeitend,
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
ohne pure Chemikalien.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
327
695000
2000
Das sind auch schlammgetriebene Protozellen,
11:52
are also able to locate resources
328
697000
2000
die auch Ressourcen in ihrer Umgebung
11:54
in their environment.
329
699000
1000
lokalisieren können.
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
Ich werde etwas Nahrung von links hier dazu
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
geben, die sich im System verteilt, und
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
Sie sehen, das mögen sie sehr.
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
Sie sind sehr energetisch geworden, und können
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
jetzt die Nahrungsquelle in ihrer Umgebung finden,
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
ähnlich wie, was wir zuvor gesehen haben.
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
Aber auch hier, das wird unter primordialen Umständen
12:09
conditions, really messy conditions,
337
714000
2000
gemacht, sehr unordentlichen Umständen,
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
nicht wie in einem sterilen Labor.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
Das sind in Wahrheit sehr dreckige
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
kleinen Protozellen. (Gelächter)
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
Aber sie haben lebensähnliche Eigenschaften, darum geht es.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
Also, indem wir diese Experimente mit künstlichem Leben machen,
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
können wir einen möglichen Weg zwischen
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
nicht-lebenden und lebenden Systemen finden.
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
Und nicht nur das, es hilft uns auch, unsere
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
Ansicht davon, was das Leben ist, zu erweitern,
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
und was es an weiterem Leben da draußen
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
geben könnte -- Leben, das seh anderes sein könnte
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
von dem Leben das wir auf der Erde finden.
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
Und das bringt mich zum nächsten Begriff,
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
der "eigenartiges Leben" ist.
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
Das ist ein Begriff von Steve Benner.
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
Er wird in Bezug auf einen Bericht aus 2007 vom
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
National Research Council der Vereinigten Staaten
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
verwendet, in dem sie
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
versuchen zu verstehen, wie wir nach
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
Leben woanders im Universum suchen können, OK,
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
besonders wenn dieses Leben sehr anders als unseres
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
auf der Erde ist. Wenn wir auf einen anderen Planeten kämen und
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
meinten, dort könnte es Leben geben,
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
wie könnten wir dieses Leben als solches erkennen?
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
Nun, sie haben drei sehr allgemeine Kriterien
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
aufgestellt. Das erste ist -- und sie sind hier aufgelistet.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
Das erste ist, das System muss sich in einem
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
Ungleichgewicht befinden. Das heißt, das System kann
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
nicht tot sein, klar gesprochen.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
Im Grunde genommen bedeutet das, Sie haben
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
ein Energieinput in das System, dass das Leben
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
verwenden und verbrauchen kann, um sich zu erhalten.
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
Das ist ähnlich wie wenn die Sonne auf die
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
Erde scheint, Photosynthese vorantreibt,
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
das Ökosystem vorantreibt.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
Ohne die Sonne wäre es wahrscheinlich, dass es auf der
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
Erde kein Leben gäbe.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
Zweitens, Leben muss in flüssiger Form sein,
13:34
so that means even if we had some
376
799000
2000
also heißt das, selbst wenn wir ein paar
13:36
interesting structures, interesting molecules
377
801000
2000
interessante Strukturen, interessante Moleküle hätten,
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
die zusammen hartgefroren wären,
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
dann wäre das kein guter Platz für Leben.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
Und drittens, wir müssen chemische Bindungen formen
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
und zerbrechen können. Und wiederum ist das wichtig,
13:46
this is important because life transforms
382
811000
2000
weil Leben Resourcen
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
von der Umwelt in
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
Baublöcke verwandelt, um sich zu erhalten.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
Heute habe ich ihnen von sehr seltsamen
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
und eigentartigen Protozellen erzählt -- einige, die Mörtel enthalten,
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
einige, die Urschlamm in sich tragen,
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
einige, die praktisch Öl statt
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
Wasser in sich haben.
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
Die meisten von ihnen enthalten keine DNS,
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
aber trotzdem haben sie lebensähnliche Eigenschaften.
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
Aber diese Protozellen erfüllen die
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
allgemeinen Voraussetzungen lebender Systeme.
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
Also in dem wir diese chemischen, künstliches
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
Leben erforschenden Experiemente machen, möchten wir
14:17
to understand something fundamental
396
842000
2000
nicht nur etwas Grundlegendes über den
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
Ursprung des Lebens und die Existenz von Leben auf
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
diesem Planeten verstehen, sondern auch,
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
was für Leben es da draußen im Universum
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
sonst noch geben könnte. Ich danke Ihnen.
14:28
(Applause)
401
853000
4000
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Martin Hanczyc - ChemistMartin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells.
Why you should listen
Martin Hanczyc is developing novel synthetic chemical systems based on the properties of living systems, in a quest to understand how life forms. These synthetic systems, or "protocells," are model systems of primitive living cells and chemical examples of artificial life. As Rachel Armstrong puts it: "Although the protocell model system is just a chemically modified oil droplet, its dynamics are astonishingly varied and complex."
He's based at the Institute of Physics and Chemistry and the Center for Fundamental Living Technology (FLinT) in Denmark. He is also an Honorary Senior Lecturer at the Bartlett School of Architecture, University College London.
Martin Hanczyc | Speaker | TED.com