TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
מרטין הנקזיק: הקו בין החיים והלא-חיים
Filmed:
Readability: 4.3
819,541 views
במעבדה שלו, מרטין הנקזיק יוצר "פרוטו-תאים", כתמי כימיקלים נסיוניים המתנהגים כתאים חיים. עבודתו מדגימה כיצד החיים עשויים היו להיווצר לראשונה בכדור הארץ...ואף במקום אחר.
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
באופן היסטורי, הייתה
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
הפרדה גדולה בין מה שאנשים
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
החשיבו כמערכות לא-חיות מצד
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
אחד, ומערכות חיות מצד שני.
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
למשל, זה משתרע מהקריסטל היפה
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
והמורכב הזה שאינו חי, עד החתול
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
היפה והמורכב למדי בצד השני.
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
במהלך 150 השנים האחרונות בערך,
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
המדע טשטש את ההבחנה הזו
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
בין מערכות לא-חיות וחיות
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
ועכשיו אנו חושבים שעשוי להיות מין
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
רצף שקיים בין השניים.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
אפשר לקחת דוגמא אחת מכאן:
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
וירוס הוא מערכת טבעית, נכון?
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
אבל הוא מאוד פשוט, מאוד פשטני.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
הוא לא באמת עונה על כל הדרישות,
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
אין לו את כל התכונות
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
של מערכות חיות ולמעשה הוא נטפל
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
למערכות חיות אחרות כדי
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
להתרבות ולהתפתח.
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
אבל מה שאנו עומדים לדבר עליו כאן הערב
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
הם ניסויים שנעשו על
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
הקצה הלא-חי של הספקטרום -- כלומר
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
ביצוע ניסויים כימיים במעבדה,
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
ערבוב של רכיבים לא-חיים
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
כדי ליצור מבנים חדשים, ושהמבנים
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
החדשים האלו עשויים להכיל כמה
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
תכונות של מערכות חיות.
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
למעשה אני מדבר כאן על
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
לנסות ליצור מעין חיים מלאכותיים.
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
אז מהן התכונות האלה עליהן
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
אני מדבר? הנה הן.
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
ראשית, אנו מביאים בחשבון שלחיים יש גוף.
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
זה הכרחי כדי להבדיל בין היחיד
01:31
from the environment.
34
76000
2000
לבין הסביבה.
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
לחיים יש גם חילוף חומרים. זהו
01:35
process by which life can convert resources
36
80000
3000
תהליך באמצעותו החיים ממירים משאבים
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
מהסביבה לכדי אבני יסוד
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
כדי לשמר ולבנות את עצמם.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
לחיים יש גם סוג של מידע תורשתי.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
אנו, כבני אדם, מאחסנים את המידע
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
כדנ"א בגנים שלנו ומעבירים
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
את המידע הזה לילדינו.
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
אם נחבר את השניים -- הגוף וחילוף החומרים --
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
נוכל ליצור מערכת שעשויה
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
לזוז ולהשתכפל, ואם נחבר
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
אותם למידע תורשתי,
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
נוכל ליצור מערכת שתהיה
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
יותר דמויית-חיים, ואולי אף תתפתח.
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
אלו הם הדברים שננסה לעשות
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
במעבדה, לבצע מספר ניסויים בעלי
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
תכונת חיים אחת כזו או יותר.
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
איך אנו עושים את זה? אנו משתמשים
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
במערכת מודל לה אנו קוראים פרוטו-תא.
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
אפשר לחשוב עליו כאל
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
תא פרימיטיבי. מדובר במודל כימי
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
פשוט של תא חי, ואם תקחו בחשבון
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
שלתא בגוף שלכם עשויים להיות
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
כמה מיליוני סוגים שונים
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
של מולקולות שצריכות להתאגד,
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
להשתלב לכדי רשת מורכבת
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
כדי לייצר דבר חי, כפי שאנו קוראים לו.
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
מה שאנו רוצים לעשות במעבדה
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
דומה מאוד, אבל בסדר גודל של
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
עשרות סוגים שונים של מולקולות --
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
מדובר בהפחתה קיצונית במורכבות, אבל עדיין
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
לנסות ולייצר משהו דמוי-חי.
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
מה שאנו עושים הוא להתחיל בקטן
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
ולהמשיך לטפס עד שנגיע למערכות חיות.
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
תחשבו לרגע על הציטוט הזה של
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
לדוק, מלפני מאה שנים, המדבר על
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
סוג של ביולוגיה מלאכותית:
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"יצירת חיים מלאכותיים, אם תקרה אי פעם,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
לא תהיה כזו תגלית מרעישה כמו זו
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
שאנו בדרך כלל מקשרים לרעיון."
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
זוהי הצהרתו הראשונה. כלומר, אם
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
ניצור חיים במעבדה, זה
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
ככל הנראה לא ישפיע על החיים שלנו כלל.
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
"אם אנו מקבלים את תיאוריית האבולוציה, אזי
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
הצעד הראשון של יצירת חיים מלאכותיים חייב לכלול
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
יצירת צורות-חיים הנמצאים
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
באמצע בין העולם האי-אורגני והאורגני
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
בין העולם הלא-חי
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
והחי, צורות בעלות
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
רק חלק מהמאפיינים הבסיסיים של החיים"
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
-- עליהם שוחחנו הרגע --
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
"להם מאפיינים נוספים יתווספו לאט
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
בצורה של התפתחות, על ידי
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
הפעולה האבולוציונית של הסביבה."
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
אז אנו מתחילים בקטן, אנו יוצרים כמה מבנים
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
בעלי כמה מן התכונות הללו
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
של החיים, ואז ננסה לפתח אותם
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
כדי שיהיו יותר דמויי-חיים.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
והנה הדרך בה אנו מייצרים פרוטו-תא.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
אנו נעזרים במושג הנקרא הרכבה-עצמית.
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
שמשמעותו היא שאני יכול לערבב
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
כמה כימיקלים ביחד במבחנה במעבדה שלי,
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
וכימיקלים אלו יחלו להיקשר באופן עצמי
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
וייצרו מבנים הולכים וגדלים.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
נניח בסדר גודל של עשרות-אלפי,
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
מאות-אלפי מולקולות יתחברו
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
וייצרו מבנה גדול
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
שלא היה קיים בעבר.
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
ובדוגמא ספציפית זו,
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
לקחתי מספר מולקולות ממברנה,
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
ערבבתי אותם ביחד בסביבה הנכונה,
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
ותוך שניות הן יצרו את המבנים
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
המורכבים והיפים למדי האלו.
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
הממברנות הללו גם דומות למדי,
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
מבחינת צורתן ותפקידן,
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
לממברנות בגוף שלכם,
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
ואנו יכולים להשתמש בהן, אפשר לומר,
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
כדי להרכיב את הגוף של הפרוטו-תא.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
כמו כן,
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
ביכולתנו לעבוד עם מערכות שמן ומים.
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
כפי שאתם יודעים, כששמים יחד שמן ומים,
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
הם לא מתערבבים, אבל על ידי הרכבה עצמית
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
ביכולתנו לגרום לטיפת שמן להיווצר,
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
ואנו יכולים להשתמש בה בתור גוף
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
עבור האורגניזם המלאכותי או הפרוטו-תא שלנו,
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
כפי שתראו בהמשך.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
אלו הם רק ענייני יצירת גופים, נכון?
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
כמה מבנים ארכיטקטונים.
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
מה לגבי ההיבטים האחרים של מערכות חיות?
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
אז יצרנו את מודל הפרוטו-תא הזה
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
שאני מראה.
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
התחלנו עם חימר טבעי
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
שנקרא מונטמורילוניט.
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
זהו חימר טבעי מהסביבה.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
הוא יוצר משטח פעיל כימית.
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
הוא יכול לקיים חילוף חומרים עליו.
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
סוגים מיוחדים של מולקולות נוטים להתחבר
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
לחימר. לדוגמא במקרה הזה, רנ"א, כאן באדום
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
-- מדובר בקרובה של הדנ"א --
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
היא מולקולה המכילה מידע --
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
היא יכולה להגיע ולהתחבר
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
עם המשטח של החימר.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
המבנה הזה יכול לארגן את
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
התצורה של גבול הממברנה סביב
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
עצמו, כך שהוא יוצר גוף
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
ממולקולות נוזל סביבו, וזה
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
נראה בירוק כאן במיקרוגרף.
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
אז רק דרך הרכבה-עצמית, ערבוב דברים
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
ביחד במעבדה, אנו יכולים ליצור
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
משטח בעל חילוף חומרים עם כמה
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
מולקולות מידע מחוברות
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
בתוך הגוף של הממברנה, אוקיי?
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
אז אנו בדרך למערכות חיות.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
אבל אם תראו את הפרוטו-תא הזה, לא תחשבו
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
שמדובר במשהו שהוא באמת חי.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
למעשה הוא חסר-חיים למדי. מרגע ההתגבשות,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
הוא לא עושה משהו באמת.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
אז משהו חסר.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
כמה דברים חסרים.
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
אז כמה דברים שחסרים הם,
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
לדוגמא, אם ישנו זרם של אנרגיה
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
דרך מערכת, מה שאנו רוצים
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
הוא פרוטו-תא שמסוגל לרתום
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
חלק מהאנרגיה הזו כדי לשמר את עצמו,
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
בדומה למערכות חיות.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
אז יצרנו מודל פרוטו-תא שונה
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
למעשה פשוט יותר מהקודם.
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
במודל הפרוטו-תא הזה, מדובר רק בטיפת שמן,
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
אך בעלת חילוף חומרים כימי בתוכה
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
שמאפשר לפרוטו-תא להשתמש באנרגיה
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
כדי לעשות משהו, כדי להיות דינמי,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
כפי שנראה כאן.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
מוסיפים את הטיפה למערכת.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
זו בריכה של מים, והפרוטו-תא
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
מתחיל להזיז את עצמו בתוך המערכת.
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
טיפת שמן נוצרת
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
ע"י הרכבה עצמית ובעלת חילוף חומרים
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
כימי בתוכה כך שהיא מסוגלת להשתמש באנרגיה,
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
והיא משתמשת באנרגיה הזו כדי להזיז את עצמה
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
בתוך הסביבה שלה.
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
כפי ששמענו קודם לכן, תנועה מאוד
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
חשובה בסוגי המערכות החיות הללו.
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
היא זזה בפנים, חוקרת את הסביבה שלה,
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
ומשנה את הסביבה שלה, כפי שאתם רואים,
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
בעזרת הגלים הכימיים הללו שנוצרים ע"י הפרוטו-תא.
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
במובן מסויים, היא מתנהגת בדומה למערכת חיה
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
שמנסה לשמר את עצמה.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
אנו לוקחים את אותו הפרוטו-תא הנע כאן,
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
ושמים אותו בניסוי נוסף,
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
גורמים לו לנוע, ואז אני עומד
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
להוסיף מעט "מזון" למערכת,
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
אותו תראו בכחול כאן, אוקיי?
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
אז אני מוסיף מקור מזון למערכת.
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
הפרוטו-תא נע. הוא נתקל במזון.
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
הוא מסדר את עצמו מחדש ואז למעשה
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
הוא מסוגל להגיע לנקודה במערכת בה ריכוז
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
המזון מקסימלי ועוצר שם.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
מבינים? אז לא רק שלמערכת הזו
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
יש גוף, יש לה חילוף חומרים,
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
היא מסוגלת להשתמש באנרגיה, היא נעה בפנים.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
היא יכולה לחוש בסביבה המקומית שלה.
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
ולמצוא משאבים
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
בסביבה כדי לשמר את עצמה.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
אין לה מוח, אין לה
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
מערכת עצבים. מדובר באסופת
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
כימיקלים בעלת התנהגות דמויית-חיים
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
מעניינת ומורכבת כזו.
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
אם נספור את כמות הכימיקלים
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
במערכת הזו, כולל המים
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
שבצלחת, נגיע לחמישה כימיקלים
07:29
that can do this.
205
434000
2000
שעושים זאת.
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
אחר כך שמנו את הפרוטו-תאים ביחד
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
בניסוי אחד כדי לראות מה הם יעשו,
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
ובהתאם לתנאים, יש לנו
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
שני פרוטו-תאים משמאל
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
שזזים ואוהבים לגעת במבנים
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
השונים בסביבה שלהם.
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
בצד שני, יש לנו שני פרוטו-תאים
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
זזים שאוהבים להקיף אחד את השני,
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
והם יוצרים מין ריקוד מורכב אחד עם השני.
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
אוקיי? אז לא רק שלפרוטו-תאים יחידים
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
יש התנהגות, מה שפירשנו
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
כהתנהגות במערכת הזו, יש להם גם,
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
בעיקרון, התנהגות קולקטיבית,
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
דומה לזו של האורגניזמים.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
ועכשיו כשכולכם מומחים לפרוטו-תאים,
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
נשחק משחק עם הפרוטו-תאים הללו.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
ניצור שני סוגים שונים.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
לפרוטו-תא A ישנה כימיה מסויימת
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
בתוכו, וכשהיא מופעלת, הפרוטו-תא
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
מתחיל לרטוט סביב ולרקוד.
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
זכרו, מדובר בדברים פרימיטיביים,
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
אז פרוטו-תאים מרקדים זה דבר
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
שמעניין אותנו מאוד. (צחוק)
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
לפרוטו-תא השני ישנה כימיה
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
שונה בתוכו, וכשהיא מופעלת,
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
כל הפרוטו-תאים מתאספים ומתאחדים
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
לאחד גדול. אוקיי?
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
ואנו פשוט נשים את שניהם יחד
08:31
in the same system.
234
496000
2000
באותה מערכת.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
הנה קבוצה A,
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
והנה קבוצה B, ואז
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
אנו מפעילים את המערכת,
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
ופרוטו-תאי B, הכחולים,
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
מתאספים כולם. הם מתאחדים
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
ויוצרים כתם אחד גדול, והפרוטו-תאים האחרים
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
פשוט רוקדים סביב. וזה קורה
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
עד שכל האנרגיה במערכת
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
מוצתה, ואז המשחק נגמר.
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
חזרתי על הניסוי הזה
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
מספר פעמים, ופעם אחת
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
משהו מאוד מעניין קרה.
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
הוספתי את הפרוטו-תאים הללו ביחד
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
למערכת, והפרוטו-תאים A ו- B
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
התאחדו ויצרו פרוטו-תא בן כלאיים - AB.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
זה לא קרה קודם. הנה זה.
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
ישנו עכשיו פרוטו-תא AB במערכת.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
פרוטו-תא AB אוהב לרקוד מעט,
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
בעוד פרוטו-תא B עוסק בלהתאחד, אוקיי?
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
אבל אז משהו אפילו יותר מעניין קורה.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
ראו כיצד שני הפרוטו-תאים הגדולים,
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
בני-הכלאיים, מתאחדים.
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
עכשיו יש לנו פרוטו-תא רוקד
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
ומקרה של שכפול עצמי. אוקיי? (צחוק)
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
שוב, רק עם כתמי כימיקלים.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
הדרך בה זה עובד היא שישנה
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
מערכת פשוטה של חמישה כימיקלים כאן,
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
ואחת נוספת שם. כשהן מוכלאות,
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
אתה יוצר משהו שונה
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
מבעבר, מורכב יותר מבעבר,
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
ואתה גורם להופעת סוג נוסף
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
של התנהגות דמויית-חיים,
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
במקרה זה, בדמות שכפול.
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
אז כיוון שאנו יכולים ליצור פרוטו-תאים
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
מעניינים שאנו אוהבים, בעלי צבעים מעניינים
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
והתנהגות מעניינת, והם קלים מאוד
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
לייצור, ויש להם מאפיינים דמויי-חיים
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
מעניינים, אולי לפרוטו-תאים הללו יש
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
משהו לספר לנו על מקור החיים
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
בכדור הארץ. אולי הם מייצגים
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
שלב נגיש בקלות, אחד מהשלבים הראשונים,
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
דרכו התחילו החיים בכדה"א הצעיר.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
לבטח היו קיימות מולקולות
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
בכדה"א הצעיר, אבל הן לא היו
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
התרכובות הטהורות הללו עימן אנו עובדים
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
במעבדה ושהראיתי בניסויים הללו,
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
אלא היו תערובת מורכבת
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
של כל מיני דברים, כיוון
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
שתגובות כימיות שאינן בשליטה יוצרות
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
תערובת מגוונת של רכיבים אורגניים.
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
חשבו על כך כ"מרק קדמוני", אוקיי?
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
וזו בריכה שקשה מדי לאפיין
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
במלואה, אפילו ע"י שיטות מודרניות,
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
והתוצר נראה חום, כמו הזפת כאן
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
בצד שמאל. תרכובת טהורה
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
נראית בצד ימין, להשוואה.
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
זה דומה למה שקורה כשאתם
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
לוקחים קריסטלי סוכר טהורים במטבח,
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
שמים אותם במחבת, ומפעילים אנרגיה.
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
אתם מדליקים את הגז ומתחילים ליצור
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
ולשבור קשרים כימיים בסוכר,
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
ויוצרים קרמל בגוון חום, נכון?
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
אם לא תגעו בזה, אתם
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
תמשיכו ליצור ולשבור קשרים כימיים,
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
ותצרו תרכובת אף יותר מגוונת
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
של מולקולות שיוצרות סוג של חומר
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
שחור ודמוי-זפת במחבת
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
שקשה לנקות. אז כך
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
היה נראה מקור החיים.
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
צריך היה להשיג חיים מהרפש הזה
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
שהיה קיים בכדור הארץ הצעיר,
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
לפני ארבעה, ארבעה וחצי מיליארד שנים.
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
אז האתגר הוא כזה,
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
לוותר על כל הכימיקלים הטהורים במהעבדה,
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
ולנסות ליצור פרוטו-תאים בעלי מאפיינים
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
דמויי-חיים מתוך ה"מרק הקדמוני" הזה.
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
אנו יכולים לראות את ההרכבה העצמית
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
של גופי טיפות השמן הללו שוב
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
שראינו קודם,
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
והכתמים השחורים בפנים
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
מייצגים סוג כזה של זפת שחורה -- זפת
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
שחורה, מגוונת, מורכבת מאוד ואורגנית.
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
ואנו שמים אותם באחד
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
הניסויים הללו, כפי שראיתם קודם,
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
ואנו רואים תנועות חיות מתרחשות.
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
הם נראים ממש טוב, תנועה יפה מאוד,
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
וגם נראים כבעלי סוג של
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
התנהגות בה הם בערך מקיפים
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
אחד את השני ועוקבים אחד אחר השני,
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
בדומה למה שראינו קודם -- אבל שוב,
11:46
working with just primordial conditions,
325
691000
2000
זה כשעובדים בתנאים קדמוניים,
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
ללא כימיקלים טהורים.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
327
695000
2000
הפרוטו-תאים מתודלקי הזפת הללו
11:52
are also able to locate resources
328
697000
2000
יכולים גם לאתר משאבים
11:54
in their environment.
329
699000
1000
בסביבה שלהם.
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
אני עומד להוסיף משאב מצד שמאל,
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
כאן, שמפעפע לתוך המערכת,
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
ואפשר לראות שהם מאוד אוהבים את זה.
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
הם הופכים נמרצים מאוד, ומסוגלים
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
למצוא את המשאב בסביבה,
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
בדומה למה שראינו קודם.
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
אבל שוב, (ניסויים) אלו נעשו בתנאים
12:09
conditions, really messy conditions,
337
714000
2000
קדמוניים, תנאים מאוד מבולגנים,
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
לא מהסוג של תנאי מעבדה סטריליים.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
אלו פרוטו-תאים מאוד קטנים ומלוכלכים,
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
למען האמת. (צחוק)
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
אבל הנקודה היא שיש להם מאפיינים דמויי-חיים.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
ניסויי החיים המלאכותיים הללו
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
מסייעים לנו להגדיר תוואי אפשרי בין
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
מערכות חיות ולא-חיות.
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
ובנוסף, הם מסייעים לנו
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
להעשיר את דעתנו לגבי השאלה מהם החיים
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
ואילו חיים ייתכנו
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
אי שם -- חיים שעשויים להיות שונים לגמרי
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
מהחיים שאנו מכירים בכדור הארץ.
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
וזה מוביל אותי למושג
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
הבא, שהוא "חיים משונים".
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
זהו מונח שנטבע ע"י סטיב בנר.
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
נעשה בו שימוש בקשר לדו"ח
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
מ- 2007 של המועצה הלאומית למחקר
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
בארצות הברית, בו
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
הם ניסו להבין כיצד נוכל
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
לחפש אחר חיים אי-שם ביקום,
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
במיוחד אם החיים הללו שונים מאוד מהחיים
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
על כדה"א. אם נגיע לכוכב אחר
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
ונחשוב שעשויים להיות שם חיים,
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
כיצד נוכל אפילו לזהות אותם כחיים?
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
ובכן, הם הגו שלושה קריטריונים מאוד
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
כלליים. הראשון -- והם רשומים כאן.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
הראשון הוא שעל המערכת לא להיות
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
בשיווי-משקל. כלומר, המערכת
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
לא יכולה להיות מתה, למעשה.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
בעיקרון, המשמעות היא שישנה
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
אנרגיה שנכנסת למערכת בה החיים
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
יכולים להשתמש כדי לשמר את עצמם.
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
זה דומה לשמש שזורחת
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
על כדה"א ומאפשרת פוטוסינתזה,
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
שמאפשרת את המערכת האקולוגית.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
ללא השמש, ככל הנראה לא
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
היו חיים על הכוכב הזה.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
שנית, חיים צריכים להימצא בצורת נוזל,
13:34
so that means even if we had some
376
799000
2000
כלומר אפילו אם נמצא כמה
13:36
interesting structures, interesting molecules
377
801000
2000
מבנים מעניינים, מולקולות מעניינות
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
יחד אבל הם יהיו קפואים לגמרי,
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
אזי זהו לא מקום טוב לחיים.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
ושלישית, חייבת להיות אפשרות ליצור
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
ולשבור קשרים כימיים. ושוב,
13:46
this is important because life transforms
382
811000
2000
זה חשוב כיוון שהחיים ממירים
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
משאבים מהסביבה
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
לאבני-יסוד כדי לשמר את עצמם.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
היום, סיפרתי לכם על פרוטו-תאים
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
מאוד מוזרים ומשונים -- חלקם מכילים חימר,
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
בחלקם ישנו "מרק קדמוני",
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
בחלקם ישנו שמן, בעיקרון,
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
במקום מים.
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
רובם אינם מכילים דנ"א,
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
ולמרות זאת יש להם מאפיינים דמויי-חיים.
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
אבל הפרוטו-תאים הללו עונים
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
על הדרישות הכלליות של מערכות חיות.
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
אז ע"י קיום הניסויים הכימיים הללו
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
של חיים מלאכותיים, אנו מקווים
14:17
to understand something fundamental
396
842000
2000
לא רק להבין משהו בסיסי
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
לגבי מקור החיים והקיום
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
של החיים על הכוכב הזה, אלא גם
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
אילו חיים ייתכנו
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
אי-שם ביקום. תודה רבה.
14:28
(Applause)
401
853000
4000
(מחיאות כפיים)
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