TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
Мартін Ханьчиц: Між живим та неживим
Filmed:
Readability: 4.3
819,541 views
Мартін Ханьчиц у своїй лабораторії утворює "протоклітини" -експериментальні краплини хімічних речовин, які поводять себе як живі клітини. Його робота показує, як могло з'явитися життя на Землі ... і, ймовірно, в інших місцях.
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
Історично склалася
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
велика різниця між тим, що люди
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
вважали неживими істотами, з одного боку,
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
і живими системами, з іншого.
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
Таким чином, ми переходимо від, скажімо, цього гарного
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
та складного неживого кристалу
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
до цього гарного і складного живого кота.
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
Протягом останніх 150 років чи близько того,
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
наука у якійсь мірі розмила цю відмінність
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
між живими та неживими системами,
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
і зараз ми вважаємо, що, можливо, є
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
деякий континуум, який існує між ними.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
Візьмемо один приклад:
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
вірус є природною системою, чи не так?
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
Але вона дуже проста. Дуже спрощена.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
Вона дійсно не відповідає усім вимогам,
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
не має усіх характеристик
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
живих систем, і насправді є паразитом
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
для інших живих систем, щоб, скажімо,
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
розмножуватися і розвиватися.
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
Але те, про що ми будемо розмовляти сьогодні,
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
це експерименти, проведені на цьому
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
неживому краю спектра - отже, по правді,
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
говоритимемо про проведення хімічних експериментів у лабораторії,
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
з поєднанням неживих складових
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
для створення нових структур,
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
які б могли мати деякі
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
характеристики живих систем.
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
Те, про що я зараз говорю,
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
це спроба створити свого роду штучне життя.
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
Про які ж саме характеристики йдеться?
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
Ось вони.
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
Ми вважаємо, що по-перше, життя має тіло.
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
Це необхідно, щоб відокремити себе
01:31
from the environment.
34
76000
2000
від навколишнього середовища.
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
Також життя має обмін речовин. Це процес,
01:35
process by which life can convert resources
36
80000
3000
при якому життя може конвертувати ресурси
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
з навколишнього середовища у будівельні матеріали
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
для підтримання і будування себе.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
Життя також може успадковувати інформацію.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
Ми, як людські істоти, зберігаємо нашу інформацію
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
у формі ДНК в наших генах і передаємо цю
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
інформацію іншим поколінням.
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
Якщо ми поєднаємо тіло та метаболізм -
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
ми отримаємо систему, яка можливо,
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
могла б рухатися і відтворювати себе,
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
і, якщо ми пов'яжемо їх з успадкованою інформацією,
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
ми могли б отримати систему, котра
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
була б більш життєздатною і, можливо, розвивалася б.
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
Це і є те, що ми намагаємося робити
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
у лабораторії, проводимо деякі експерименти,
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
за наявності однієї або більше характеристик життя.
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
Як ми все це робимо? Ми використовуємо
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
модель системи, яку називаємо "протоклітиною".
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
Можете вважати це чимось на зразок
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
примітивної клітини. Це проста хімічна
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
модель живої клітини, і, якщо взяти до уваги,
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
наприклад, що клітина у вашому тілі може мати
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
близько мільйона різних типів
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
молекул, які повинні зібратися разом,
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
взаємодіяти в складній мережі,
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
для створення того, що ми називаємо життям.
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
У лабораторії ми хочемо створити
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
майже те саме, але лише у рамках
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
кількох десятків різних типів молекул -
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
тож, це різке зниження складності, проте все ж таки
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
це спроба створити щось схоже на життя.
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
Отже, ми починаємо з простого
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
і рухаємося у напрямку живих систем.
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
Задумайтеся на мить над цією цитатою
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
Ледюка, який ще сто років тому сказав
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
про синтетичну біологію:
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"Синтез життя, якщо він коли-небудь станеться,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
не буде сенсаційним відкриттям, з яким ми
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
зазвичай асоціюємо цю ідею."
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
Це його перше твердження. Тож, якщо ми насправді
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
створимо життя у лабораторії, це,
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
швидше за все, ніяк не вплине на наше життя.
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
"Якщо ми приймаємо теорію еволюції, то
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
перше відкриття синтезу життя має полягати
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
у впровадженні проміжних форм
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
між органічним та неорганічним світами
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
або між живою та неживою природою,
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
формами, які володіють
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
тільки деякими рудиментарними ознаками життя"
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
йдеться про ті питання, які ми щойно заторкнули,
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
"до яких постійно будуть додаватись інші атрибути
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
у ході розвитку
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
еволюційних дій навколишнього середовища".
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
Отже, ми почнемо з простого, зробимо кілька структур,
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
які можуть мати деякі з цих характеристик
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
життя, і згодом, спробуємо розвивати це
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
з метою зробити його більш схожим на життя.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
Саме так ми можемо почати створювати протоклітину.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
Ми використовуємо ідею так званої самозбірки.
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
Це означає, що я можу змішати декілька
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
хімікатів у пробірці в своїй лабораторії,
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
а ці хімікати почнуть самостійно поєднуватись
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
для створення все більших структур.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
Скажімо, близько десятків тисяч,
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
сотень тисяч молекул будуть
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
поєднуватись, створюючи все більшу структуру,
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
яка раніше не існувала.
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
У цьому конкретному прикладі,
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
я взяв декілька мембранних молекул,
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
змішав їх разом у відповідному навколишньому середовищі,
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
і через секунди вони створюють ось ці
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
складні та красиві структури.
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
Ці мембрани також досить подібні,
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
морфологічно і функціонально,
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
до мембран у вашому тілі,
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
і ми можемо їх використовувати, як кажуть,
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
для створення тіла нашої протоклітини.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
Крім того,
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
ми можемо працювати з водними та жировими системами.
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
Як ви знаєте, вода та жир при поєднанні
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
не перемішуються, але шляхом самозбирання
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
ми можемо отримати красиві краплини жиру
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
і можемо реально використовувати їх як тіла
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
для нашого штучного організму або нашої протоклітини,
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
як ви побачите далі.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
Отже, ми формуємо якісь тіла, так?
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
Деякі конструкції.
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
Що можна сказати про інші аспекти живих систем?
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
Ми створили цю модель протоклітини,
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
яку я показую.
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
Ми почали з глини природного походження,
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
яка називається монтморилоніт.
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
Ця глина видобувається природним способом.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
Вона утворює поверхню, яку можна назвати хімічно активною.
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
На ній може відбуватися метаболізм.
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
Деякі типи молекул полюбляють змішуватись
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
з глиною. Наприклад, у цьому випадку, РНК, що показана червоним,
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
- це рідня ДНК,
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
молекула з інформацією -
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
вона з'являється і починає взаємодіяти
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
з поверхнею цієї глини.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
Ця структура, таким чином, може організовувати
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
формування мембранного кордону
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
навколо себе, щоб стати тілом
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
з рідких молекул навколо себе, і це
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
показано зеленим кольором на цьому знімку.
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
Тобто, просто завдяки комбінуванню, перемішуванню речей
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
у лабораторії, ми можемо отримати, скажімо,
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
метаболічну поверхню з
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
деякими інформаційними молекулами
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
всередині цього мембранного тіла, чи не так?
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
Отже, ми знаходимося на шляху до живих систем.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
Але, якщо б ви побачили таку протоклітину, ви б не переплутали її
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
з чимось дійсно живим.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
Насправді у ній досить таки мало життя. Коли вона формується,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
вона реально нічого не робить.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
Так що чогось не вистачає.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
Якихось речей не вистачає.
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
Декілька слів про те, чого бракує:
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
наприклад, якби у нас був потік енергії,
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
що проходить через систему, ми б хотіли
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
аби протоклітина могла забирати собі
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
частину цієї енергії для підтримання себе,
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
як це роблять живі системи.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
Тому ми вигадали нову модель протоклітини
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
і вона, насправді, простіша за попередню.
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
Ця модель протоклітини не просто краплина жиру,
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
а хімічний метаболізм усередині,
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
який дозволяє цій протоклітині використовувати енергію
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
для чогось і ставати динамічною,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
як ми бачимо тут.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
Ви додаєте краплю до системи.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
Це водне середовище, і протоклітина
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
починає рухатись навколо себе у цій системі.
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
Це зрозуміло? Жирова краплина формується
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
шляхом самозбирання, має хімічний
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
метаболізм усередині, що уможливлює використання енергії
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
для руху
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
у своєму навколишньому середовищі.
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
Як ми чули раніше, рух дуже важливий
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
у живих системах такого типу.
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
Вона рухається, вивчає навколишнє середовище
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
і ремоделює це середовище, як ви бачите,
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
за допомогою ось цих хімічних хвиль, сформованих протоклітиною.
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
Тобто вона діє, по суті, як жива система,
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
яка намагається себе зберегти.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
Ми беремо цю саму протоклітину,
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
і розміщуємо її в іншому середовищі,
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
змушуємо її рухатися. А потім
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
додаємо трохи їжі у систему,
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
і ви бачите це у синьому кольорі, так?
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
Далі додаємо джерело їжі у систему.
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
Протоклітина рухається. Вона натрапляє на їжу.
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
Перебудовує себе і тоді
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
має змогу дістатися до місця найбільшої концентрації
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
їжі у цій системі і зупиниться там.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
Непогано? Отже, ми маємо не просто систему,
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
у якої є тіло та метаболізм,
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
вона може використовувати енергію, рухатись.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
Вона може відчути своє навколишнє середовище
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
і дійсно знайти ресурси
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
у цьому середовищі для підтримання себе.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
Проте вона не має мозку, в неї немає
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
нервової системи. Це просто набір
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
хімікатів, який може мати таку цікаву
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
і складну поведінку.
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
Якщо ми перелічимо кількість хімікатів
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
у цій системі, то реально, включно з водою,
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
яка знаходиться у чаші, ми маємо п'ять елементів,
07:29
that can do this.
205
434000
2000
котрі можуть це зробити.
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
Тоді ми поєднуємо ці протоклітини
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
в одному експерименті, щоб побачити, як вони діятимуть
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
і, в залежності від умов, ми маємо
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
декілька протоклітин зліва, що
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
рухаються навколо і заторкають інші
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
структури у середовищі.
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
З іншого боку, у нас дві протоклітини, що рухаються,
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
яким подобається крутитися одна навколо одної,
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
і вони творять щось на зразок танцю, складного парного танцю.
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
Так? Отже не тільки окремі протоклітини
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
мають таку поведінку, яку ми описали
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
в цій системі, але також ми маємо, по суті
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
поведінку рівня популяції,
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
подібну на поведінку організмів.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
Отже, тепер, коли ви стали експертами по протоклітинах,
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
ми пограємо у гру з цими протоклітинами.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
Ми зробимо два різних типи.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
У протоклітини А є певна хімічна
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
система всередині, що активізується, отже протоклітина
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
почне вібрувати довкола, просто танцювати.
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
Пам'ятайте, що це примітивні речі,
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
тому танцюючі протоклітини є дуже
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
цікавими для нас. (Сміх)
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
У другої протоклітини усередині буде інший
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
хімічний склад, і коли вона активована,
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
протоклітини збираються і зливаються
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
в одну велику. Розумієте?
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
І ми просто поміщаємо ці два типи
08:31
in the same system.
234
496000
2000
в одну систему.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
Ось є популяція А,
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
це популяція Б,
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
і тепер ми активуємо систему,
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
протоклітини Б, вони блакитного кольору,
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
збираються разом. Вони зливаються
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
в одну велику краплю, а інша протоклітина
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
просто танцює навколо. І це просто відбувається
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
доти, доки енергія у системі
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
не витратиться і тоді кінець гри.
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
Я повторив експеримент
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
декілька разів і одного разу
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
відбулося дещо цікаве.
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
Я помістив ці протоклітини разом
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
у систему, а потім протоклітина А і протоклітина Б
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
злилися в одну, щоб сформувати гібридну протоклітину АБ.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
Цього раніше не траплялося. І ось так вийшло.
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
Тепер у цій системі є протоклітина АБ.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
Протоклітині АБ подобається танцювати довкола якийсь час,
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
доки протоклітина Б здійснює злиття, розумієте?
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
Але потім трапляється дещо цікавіше.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
Слідкуйте, коли ці дві великі гібридні протоклітини
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
поєднаються.
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
Тепер ми маємо танцюючу протоклітину
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
і повторюючий себе випадок. Ось так. (Сміх)
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
І знову таки, тільки з краплями хімічних елементів.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
Це працює наступним чином: ви маєте
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
просту систему з п'яти елементів,
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
ось тут, проста система. Коли вони гібридизуються,
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
у вас виходить дещо відмінне від
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
попереднього, складніше за попереднє,
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
і ви отримуєте новий вид
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
імітуючої життя поведінки,
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
у даному випадку - розмноження.
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
Отже, ми можемо робити різні цікаві
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
протоклітини, які нам подобаються, з цікавими кольорами
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
і цікавою поведінкою, їх легко отримувати
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
і вони мають деякі властивості, подібні до життєвих.
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
Можливо, ці протоклітини
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
можуть сказати нам щось про виникнення життя
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
на Землі. Можливо, вони становлять
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
той легкодоступний крок, один з перших кроків,
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
з якого почалося життя на ранній планеті Земля.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
Звісно, молекули, були присутні
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
на ранніх етапах існування Землі, але вони навряд
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
чи були подібні до цих чистих структур, з якими ми працюємо
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
у лабораторії і які я показував у цих експериментах.
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
Радше, вони були дійсно складною сумішшю
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
усього на світі тому, що
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
неконтрольовані хімічні реакції виробляють
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
різноманітні суміші органічних сполук.
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
Вважайте це первинним болотом, добре?
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
І ця водойма, яку складно повністю
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
охарактеризувати, навіть сучасними методами, і
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
продукт виглядає коричневим, як ось ця смола
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
зліва. Чиста сполука, для контрасту,
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
показана справа.
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
Отже, це схоже на те, що трапляється,
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
коли ви берете чисті кристали цукру у себе на кухні,
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
кладете їх у каструлю і застосовуєте енергію.
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
Ви включаєте нагрів, і починають створюватися
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
або розбиватися хімічні сполуки у цукрі,
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
і утворюється коричнева карамель, чи не так?
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
Якщо б ви залишили це без нагляду,
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
то хімічні зв'язки продовжили б створюватись та розриватись,
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
створюючи ще більш різноманітну суміш
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
молекул, яка потім сформувала б чорне смолисте
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
казна-що у вашій каструлі, яку потім важко
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
відмити.
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
Ось як виглядало б виникнення життя.
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
Вам потрібно було отримати життя з цього барахла, яке
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
існувало на ранній планеті Земля
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
4,5 мілліарди років тому.
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
Таким чином, проблема в тому,
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
що треба викинути всі ваші чисті хімічні речовини в лабораторних умовах,
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
і спробувати зробити деякі протоклітини з реалістичними
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
властивостями із такого ось примітивного мулу.
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
І тоді ми знову побачимо самовідтворення
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
цих жирових крапель,
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
які ми бачили раніше,
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
а чорні точки усередині
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
є певного роду чорною смолою - різноманітною
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
дуже складною, органічною смолою.
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
І ми застосоуємо їх у цих
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
експериментах, які ви бачили раніше і тоді
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
ми спостерігаємо той живий рух, що утворився.
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
Вони виглядають дуже гарно, дуже красивий рух,
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
і, здається, їх поведінка дещо схожа на ситуацію,
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
коли вони кружляють
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
одна навколо одної і слідують одна за одною,
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
схожа на те, що ми бачили раніше - але, знову таки,
11:46
working with just primordial conditions,
325
691000
2000
це при роботі тільки з первинними умовами,
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
без чистих хімікатів.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
327
695000
2000
Це також смоляні протоклітини,
11:52
are also able to locate resources
328
697000
2000
які можуть визначити місцезнаходження ресурсів
11:54
in their environment.
329
699000
1000
у навколишньому середовищі.
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
Я збираюся додати зліва трохи ресурсів,
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
ось, це розчиняється у системі,
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
і ви можете побачити, що їм це дуже подобається.
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
Вони стають дуже енергійними,
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
і знаходять ресурси у навколишньому середовищі,
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
подібно до того, що ми бачили раніше.
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
Але знову, це відбувається у цих первісних
12:09
conditions, really messy conditions,
337
714000
2000
умовах, дійсно хаотичних умовах,
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
зовсім не як у стерильній лабораторії.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
Це дуже брудні маленькі протоклітини,
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
між іншим. (Сміх)
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
Але у них є властивості, подібні до життєвих, в цьому й річ.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
Тобто, проводячи штучні експерименти,
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
ми допомагаємо виявити потенційний зв'язок між
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
живими та неживими системами.
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
І не тільки це, це допомагає нам також
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
розширити наш погляд на те, що таке життя
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
і яке саме життя є можливим
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
десь там у просторі - життя може відрізнятися
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
від того, яке ми знаходимо тут, на планеті Земля.
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
І це приводить мене до наступного
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
терміну, який звучить як "дивне життя".
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
Це визначення дав Стівен Беннер.
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
Воно було вжите стосовно звіту
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
2007 року, зробленого Національною дослідницькою радою
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
Сполучених Штатів, в якому
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
вони намагалися зрозуміти, як можна
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
шукати життя в інших всесвітах,
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
особливо, якщо це життя дуже відрізняється від життя
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
на Землі. Якби ми полетіли на іншу планету і
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
припускали, що там можливе життя,
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
яким чином ми могли хоча б визначити, життя це чи ні?
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
Ну, вони вирішили застосувати три дуже загальних
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
критерії. Перший - ось вони тут наведені.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
Перший - система не має перебувати
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
в рівновазі. Фактично це означає, що
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
вона не може бути мертвою.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
Тобто, якщо є
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
введення енергії в систему, яку життя
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
може використовувати, щоб підтримувати себе.
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
Подібно тому, як на Землю
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
світить Сонце, керуючи фотосинтезом,
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
постачаючи енергію екосистемі.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
Без Сонця, швидше за все,
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
не було б життя на цій планеті.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
По-друге, життя має бути у рідкому вигляді,
13:34
so that means even if we had some
376
799000
2000
тобто, це означає, що навіть, якби в нас були
13:36
interesting structures, interesting molecules
377
801000
2000
цікаві структури, цікаві молекули
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
разом, але вони були б заморожені в твердому стані,
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
тоді, це не дуже добре місце для життя.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
І по-третє, нам потрібна можливість створювати
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
і руйнувати хімічні зв'язки. І знову ж таки,
13:46
this is important because life transforms
382
811000
2000
це важливо, бо життя перетворює
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
ресурси з навколишнього середовища у
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
будівельний матеріал, щоби підтримувати себе.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
Сьогодні я розповів вам про дуже дивні
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
і незвичайні протоклітини - деякі містять глину,
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
деякі містять у собі первинне болото,
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
якісь базуються на краплинах жиру
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
замість води.
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
БІльшість з них не має ДНК,
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
але вони мають властивості, подібні до життєвих.
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
Проте усі ці протоклітини відповідають
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
загальним вимогам живих систем.
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
Отже, проводячи ці експерименти по створенню
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
хімічного, штучного життя, ми сподіваємося
14:17
to understand something fundamental
396
842000
2000
не тільки зрозуміти щось фундаментальне
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
про виникнення життя та існування
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
життя на цій планеті,
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
а й зрозуміти, яке життя можливе
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
у цьому всесвіті. Дякую.
14:28
(Applause)
401
853000
4000
(Оплески)
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