TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
Мартин Ханчич: Границата между наличието и липсата на живот
Filmed:
Readability: 4.3
819,541 views
В неговата лаборатория, Мартин Ханчич прави "протоклетки", експериментални капки от химически вещества, които се държат като живи клетки. Работата му показва как живота може да е възникнал на Земята ... а може би и другаде.
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
Исторически погледнато има
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
огромна пропаст между онова, което хората
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
смятат за неживи системи от една
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
страна, и живи системи от другата страна.
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
Ние се колебаем от, да речем, този красив и
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
сложен кристал като неодушевен предмет, и тази по-скоро
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
красива и сложна котка от друга страна.
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
През последните сто и петдесет години,
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
науката един вид разми това разграничение
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
между неживите и живите системи, и
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
сега ние считаме, че може да има
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
нещо като спектър, който съществува между двете.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
Ще разгледаме само един пример тук:
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
вирусът е естествена система, нали?
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
Но тя е много проста. Тя е много опростена.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
Не отговаря на всички изисквания,
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
не притежава всички характеристики
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
на живите системи и в действителност е паразит
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
за другите живи системи с цел да се, да речем,
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
възпроизвежда и еволюира.
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
Но това, за което ще говорим тук,
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
тази вечер, са експерименти направени върху
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
неживия край на този спектър -- всъщност
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
правенето на химични експерименти в лабораторията,
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
смесвайки заедно неживи съставки
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
за да направим нови структури, и че тези
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
нови структури биха могли да имат някои от
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
чертите на живите системи.
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
Наистина това, за което говоря тук е
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
опита да се създаде един вид изкуствен живот.
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
Така че какви са тези характеристики,
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
за които говоря? Ето ги.
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
Първо считаме, че живите същества имат тела.
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
Това е необходимо за да ги разграничаваме
01:31
from the environment.
34
76000
2000
от околната среда.
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
Живите същества също имат метаболизъм. Това е
01:35
process by which life can convert resources
36
80000
3000
процес, чрез който живите същества могат да преобразуват ресурси
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
от околната среда в градивни елементи,
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
така че да могат да се поддържат и изграждат.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
Живите същества също имат нещо като наследствена информация.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
Например ние, като хора, съхраняваме нашата информация
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
като ДНК в нашите геноми и предаваме
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
тази информация на нашето потомство.
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
Ако обединим първите две -- тялото и обмяната на вещества --
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
може да получим система, която би могла
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
вероятно да се движи и възпроизвежда, и ако
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
съчетаем тези неща с наследствената информация,
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
може да получим система, която би могла да бъде
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
по-наподобяваща на жива, а вероятно би могла и да еволюира.
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
И така, това са нещата, които се опитваме да направим
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
в лабораторията, да направим експерименти, които
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
имат една или повече от тези характеристики на живота.
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
И така, как правим това? Ами, ние използваме
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
моделна система, която наричаме протоклетка.
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
Може да си мислите за това като нещо подобно
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
на примитивна клетка. Това е прост химически
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
модел на жива клетка, и ако се замислите,
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
например клетка в тялото ви може да има
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
от порядъка на милиони различни видове
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
молекули, които трябва да си взаимодействат,
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
да си играят в една сложна мрежа,
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
за да произведат нещо, което наричаме живо.
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
Това, което се опитваме да направим в лабораторията
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
е почти същото, но от порядъка на
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
десетки различни видове молекули --
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
това е драстично намаляване на сложността, но все пак
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
се опитваме да произведем нещо, наподобяващо живо същество.
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
И така, това което правим е, че започваме просто
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
и постепенно усложняваме по пътя към живите системи.
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
Помислете за момент над този цитат от
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
Ледюк, преди сто години, имайки предвид
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
вид синтетична биология:
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"Синтезът на живота, ако някога се случи,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
няма да бъде сензационното откритие, което
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
обикновено свързваме с идеята."
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
Това е първото му изявление. Така че, ако всъщност
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
създадем живот в лабораториите, това
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
вероятно няма да се отрази на нашия живот въобще.
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
"Ако приемем теорията на еволюцията, тогава
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
първият зародиш на синтеза на живота трябва да се състои
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
от производството на междинни форми
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
между неорганичния и органичния
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
свят, или между неживия
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
и живия свят, форми, които притежават
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
само някои от първичните характеристики на живота,"
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
-- тоест, тези, които току-що обсъдихме --
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
"към които други атрибути постепенно ще бъдат добавяни
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
в процеса на развитието от
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
еволюционните действия на околната среда."
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
Така че ние започваме просто, създаваме някакви структури,
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
които могат да имат някои от тези характеристики
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
на живота, и после се опитваме да разработим това
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
да се превърне в нещо по-наподобяващо живо.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
Ето как може да започнем да правим протоклетки.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
Ние използваме тази идея, наречена само-асемблиране.
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
Това означава, че мога да смеся няколко
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
химически елементи в епруветка в моята лаборатория,
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
и тези елементи ще започнат да се само-асоциират,
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
да образуват все по-големи и по-големи структури.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
Да кажем от порядъка на десетки хиляди,
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
стотици хиляди молекули
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
ще се съберат, за да формират голяма структура,
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
която не е съществувала преди.
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
И в този конкретен пример,
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
взех няколко мембранни молекули,
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
смесих ги в подходящата среда,
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
и след броени секунди те формираха тези доста
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
сложни и красиви структури тук.
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
Тези мембрани също са доста сходни,
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
морфологично и функционално,
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
с мембраните в тялото ви,
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
и ние можем да ги използваме, както се казва,
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
за да формираме тялото на нашата протоклетка.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
По същия начин,
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
можем да работим с масни и водни системи.
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
Както знаете, когато поставите масло и вода заедно,
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
те не се смесват, но чрез само-асемблиране
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
ние може да формираме хубава капчица масло,
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
и всъщност можем да я използваме като тялото
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
на нашия изкуствен организъм или нашата протоклетка,
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
както ще видите по-късно.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
Това е просто формиране на нещо като тяло, нали?
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
Малко архитектура.
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
Какво да кажем за другите аспекти на живите системи?
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
Ние направихме този модел на протоклетка тук,
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
който ви показвам.
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
Започнахме с естествено срещаща се глина,
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
нарича монтморилонит.
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
Тя е естествена от околната среда, тази глина.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
Образува повърхност, която е, да речем, химически активна.
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
Може да симулираме обмяна на вещества в нея.
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
Определен вид молекули обичат да се асоциират
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
с глината. Така например, в този случай, РНК, показана в червено
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
-- тя е роднина на ДНК,
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
това е информационна молекула --
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
тя може да дойде и започва да се асоциира
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
с повърхността на тази глина.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
Тази структура, после, може да организира
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
формирането на мембранна граница около
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
себе си, така че може да направи тяло
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
от течни молекули около себе си, и това е
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
показано в зелено тук, на тази микроснимка.
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
Така че просто чрез само-асемблиране, смесване
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
на неща в лабораторията, може да постигнем, да речем,
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
метаболитна повърхността с няколко
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
информационни молекули, прикрепени
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
вътре в това мембранно тяло, нали?
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
Така че ние сме на път към живите системи.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
Но ако сте видяли тази протоклетка, не бихте
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
я объркали с нещо, което е всъщност оживотворено.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
Тя е всъщност доста безжизнена. Веднъж след като се формира,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
тя всъщност не прави нищо.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
Така че нещо липсва.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
Някои неща липсват.
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
Някои от нещата, които липсват,
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
например, ако имахте поток от енергия
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
през система, това, което бихте искали
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
е протоклетката да може да улови
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
част от тази енергия, за да се самоподдържа,
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
подобно на живите системи.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
Така че ние измислихме различен протоклетъчен
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
модел, и този всъщност е по-прост от предишния.
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
В този протоклетъчен модел, това е просто капчица масло,
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
но химически метаболизъм вътре,
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
който позволява на тази протоклетка да използва енергия,
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
за да прави нещо, всъщност да стане динамична,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
както ще видим тук.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
Добавяте капчицата към системата.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
Това е вана с вода, и протоклетката
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
започва да се движи из системата.
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
Разбирате ли? Маслената капчица се формира
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
чрез само-асемблиране, има химически
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
метаболизъм вътре, така че може да използва енергия,
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
и тя използва тази енергия, за да се премества
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
сред нейната среда.
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
Както чухме по-рано, движението е много
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
важно при тези живи системи.
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
Клетката се движи наоколо, изследва нейната среда,
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
преобразува средата си, както виждате,
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
от тези химически вълни, които се образуват от протоклетката.
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
Така че тя действа, в известен смисъл, като жива система,
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
опитваща се да се запази.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
Ние взехме същата движеща се протоклетка тук,
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
и я поставихме в друг експеримент,
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
задвижихме я. После
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
добавихме малко храна към системата,
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
и вие виждате това нещо в синьо тук, нали?
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
Така че аз добавих източник на храна към системата.
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
Протоклетката се движи. Тя се натъква на храната.
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
Тя се преконфигурира и всъщност после
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
може да се изкачи до най-високата концентрация
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
на храна в тази система и да се спре там.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
Разбирате ли? Така че не само имаме тази система,
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
която има тяло, има метаболизъм,
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
може да използва енергия, да се движи наоколо.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
Тя може да усети заобикалящата среда
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
и всъщност да намери ресурси
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
в заобикалящата я среда, за да я поддържат.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
Сега, тя няма мозък, няма
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
нервна система. Това е просто един сак
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
с химически елементи, който може да има това интересно
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
и сложно животоподобно поведение.
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
Ако преброим броя на химикалите
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
в тази система, всъщност, включително и водата,
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
която е в паничката, ние имаме пет химикали,
07:29
that can do this.
205
434000
2000
които могат да направят това.
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
После поставяме тези протоклетки заедно в
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
един експеримент, за да видим какво биха направили,
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
и в зависимост от условията, имаме
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
някои протоклетки от ляво, които се
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
движат наоколо и обичат да се докосват до други
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
структури в тяхната среда.
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
От друга страна имаме две движещи се
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
протоклетки, които обичат да се обикалят,
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
и те формират нещо като танц, сложен танц една с друга.
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
Нали? Така че не само, че индивидуалните протоклетки
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
имат поведение, което тълкуваме като
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
поведение в тази система, но ние също имаме
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
нещо като поведение на ниво на популацията,
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
подобно на това, което имат организмите.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
Така че сега когато всички сте експерти по протоклетки,
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
ще направим една игра с тези протоклетки.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
Ще направим два различни вида.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
Протоклетка А има определен вид химически вещества
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
вътре, които, когато се активират карат протоклетката
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
да започне да вибрира наоколо, просто да танцува.
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
Но не забравяйте, че това са примитивни неща,
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
така че танцуващи протоклетки са много
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
интересни за нас. (Смях)
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
Втората протоклетка има по-различна
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
химия вътре, и когато се активира,
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
протоклетките се събират и се обединяват
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
в една по-голяма. Разбирате ли?
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
И ние просто слагаме тези двете заедно
08:31
in the same system.
234
496000
2000
в една и съща система.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
Така че има популация А,
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
има популация Б, и после
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
активираме системата,
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
и протоклетките Б, те са сините,
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
те се събират. Те се обединяват,
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
за да образуват едно голямо петно, а другите протоклетки
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
просто танцуват наоколо. И това продължава
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
докато цялата енергия в системата е
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
използвана, и след това, играта свършва.
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
После повторих този експеримент
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
няколко пъти, и един път
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
се случи нещо много интересно.
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
И така, аз добавих тези протоклетки заедно
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
в системата, и протоклетка А и протоклетка Б
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
се обединиха, за да формират хибридна протоклетка АБ.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
Това не се беше случвало преди. Ето как става.
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
Сега в тази система има протоклетка АБ.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
Протоклетка АБ обича да танцува наоколо за малко,
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
докато протоклетка Б извършва смесването, нали?
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
Но после се случва нещо още по-интересно.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
Наблюдавайте, когато тези две големи протоклетки,
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
хибридните, се слеят.
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
Сега имаме танцуваща протоклетка
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
и саморепликиращо се събитие. Нали така. (Смях)
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
Просто с петна от химикали, отново.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
Така че начина, по който работи това е, че имате
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
проста система от пет химикали тук,
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
проста система там. Когато те се кръстосват,
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
се формира нещо, което е различно от
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
преди, по-сложно, отколкото преди,
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
и се получава зародиша на друг вид
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
животонаподобяващо поведение, което
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
в този случай е репликация.
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
И така, понеже можем да направим някои интересни
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
протоклетки, които ни харесват, с интересни цветове и
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
интересно поведение, и те са много лесни
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
за направа, и имат интересни животонаподобяващи
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
свойства, може би тези протоклетки
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
могат да ни разкажат нещо за произхода на живота
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
на Земята. Може би те представляват
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
лесно достъпна стъпка, една от първите стъпки,
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
чрез които животът започнал в древната Земя.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
Определено е имало молекули, присъстващи
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
в древната Земя, но те не са били
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
тези чисти съединения, с които работим
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
в лабораторията, и които ви показах в тези експерименти.
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
По-скоро, те били истински сложна смес от
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
всякакви неща, защото
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
неконтролирани химически реакции произвеждат
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
разнообразна смес от органични съединения.
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
Мислете си за това като първична тиня, нали?
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
И това е басейн, който е твърде трудно да бъде напълно
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
характеризиран, дори от съвременни методи, и
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
продуктът изглежда кафяв, като този катран тук
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
в ляво. Чисто съединение
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
е показано в дясно, за сравнение.
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
Така че това е подобно на онова, което се случва, когато
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
вземете чисти кристали захар в кухнята,
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
поставите ги в тиган и приложите енергия.
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
Когато увеличавате топлината, започвате
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
да разрушавате химическите връзки в захарта,
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
формирайки кафеникав карамел, нали?
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
Ако позволите това да продължи нерегулирано,
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
ще продължите да образувате и нарушавате химически връзки,
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
формиращи дори по-разнообразна смес от
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
молекули, които после образуват това черникаво
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
лепкаво вещество в тигана ви, нали, което
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
е трудно за измиване. Та ето как
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
може да е изглеждал произхода на живота.
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
Трябва да получите живот от този боклук, който
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
присъствал в древната Земя,
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
преди четири, 4,5 милиарда години.
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
Така че предизвикателството е,
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
да изхвърлите всички чисти химически вещества от лабораторията,
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
и да се опитате да направите протоклетки с животонаподобяващи
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
характеристики от този вид първоначална тиня.
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
Така че ние можем да видим само-асемблирането
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
на тези капчици масло отново,
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
което видяхме преди,
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
и черните петна там вътре
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
представляват нещо като черен катран -- този разнороден,
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
много сложен, органичен черен катран.
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
И ние ги поставихме в един от тези
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
експерименти, които видяхте по-рано, и после
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
гледахме оживеното движение, което се породи.
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
Те изглеждат наистина добре, много добре се движат,
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
и също изглежда, че имат нещо като
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
поведение, при което се обикалят
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
в кръг и се следват взаимно,
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
подобно на онова, което видяхме преди -- но отново,
11:46
working with just primordial conditions,
325
691000
2000
работейки само с първични условия,
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
без чисти химически вещества.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
327
695000
2000
Тези също, тези работещи с катран протоклетки,
11:52
are also able to locate resources
328
697000
2000
също могат да намират ресурси
11:54
in their environment.
329
699000
1000
в тяхната среда.
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
Ще добавя малко ресурс от ляво,
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
тук, който се разтваря в системата,
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
и можете да видите, те наистина харесват това.
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
Те стават много енергични и способни
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
да открият ресурса в обкръжаващата среда,
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
подобно на онова, което видяхме преди.
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
Но отново, това се извършва в тези първични
12:09
conditions, really messy conditions,
337
714000
2000
условия, наистина мръсни условия,
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
не в стерилни лабораторни условия.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
Това са много мръсни малки протоклетки,
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
всъщност. (Смях)
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
Но те имат животонаподобяващи свойства, това е важно.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
И така, извършвайки тези експерименти с изкуствен живот,
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
ни помага да определим потенциалния път между
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
неживите и живите системи.
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
И не само това, но това ни помага
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
да разширим мнението си, за какво е живота
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
и какъв възможен живот може да има
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
някъде там -- живот, който може да бъде много по-различен
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
от живота, който откриваме тук на Земята.
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
И това ме води към следващия
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
термин, който е "странен живот."
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
Това е термин от Стив Бенър.
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
Използва се във връзка с доклад
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
от 2007 г. от Националния съвет за научни изследвания
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
в Съединените щати, в който
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
те се опитват да разберат как можем да
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
търсим живот другаде във Вселената, нали,
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
особено, ако този живот е много по-различен от живота
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
на Земята. Ако отидем на друга планета и
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
решим, че може да има живот там,
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
как бихме могли дори да го разпознаем като живот?
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
Ами, те излязоха с три много общи
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
критерии. Първият е -- и те са изброени тук.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
Първият е, системата трябва да бъде в
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
липса на равновесие. Това означава, че системата
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
не може да бъде мъртва, в действителност.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
Общо казано, това означава, че имате
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
приток на енергия в системата, която живите същества
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
могат да използват и експлоатират, за да се самоподдържат.
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
Това е подобно на Слънцето да огрява
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
Земята, да подпомага фотосинтезата,
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
да задвижва екосистемата.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
Без Слънцето, най-вероятно
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
няма да има живот на тази планета.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
Второ, животът трябва да бъде в течна форма,
13:34
so that means even if we had some
376
799000
2000
така че това означава, че дори ако имахме някои
13:36
interesting structures, interesting molecules
377
801000
2000
интересни структури, интересни молекули
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
заедно, но те бяха твърдо замразени,
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
тогава това не е добро място за живот.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
И трето, трябва да можем да образуваме
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
и нарушаваме химически връзки. И отново,
13:46
this is important because life transforms
382
811000
2000
това е важно, понеже животът преобразува
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
ресурси от околната среда в
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
градивни елементи, така че може да се самоподдържа.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
Днес ви разказах за много странни
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
и необикновени протоклетки -- някои, които съдържат глина,
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
някои, които имат първична тиня в тях,
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
някои, които съдържат по същество масло,
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
вместо вода вътре в тях.
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
Повечето от тях не съдържат ДНК,
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
но въпреки това имат животоподобни свойства.
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
Но тези протоклетки отговарят
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
на тези общи изисквания за живи системи.
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
Така че като правим тези химически
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
експерименти с изкуствен живот, ние се надяваме, не само
14:17
to understand something fundamental
396
842000
2000
да разберем нещо фундаментално
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
за произхода на живота и съществуването
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
на живота на тази планета, но също
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
какъв възможен живот може да има
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
някъде във Вселената. Благодаря ви.
14:28
(Applause)
401
853000
4000
(Ръкопляскане)
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