TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
Martin Hanczyc: Il confine tra vita e non-vita
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Nel suo laboratorio, Martin Hanczyc realizza "protocelle", degli insiemi sperimentali di sostanze chimiche che si comportano come cellule.Il suo lavoro mostra come la vita potrebbe essere apparsa sulla Terra...e forse anche altrove.
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
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So historically there has
0
0
2000
Esiste un enorme divario
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
tra i sistemi che la gente, storicamente,
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
considera non viventi
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
e quelli considerati viventi.
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
Si passa, ad esempio, da questo gradevole
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
e complesso cristallo, considerato non vivo,
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
a questo gatto, anch'esso bello e complesso.
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
Ma nel corso degli ultimi 150 anni, più o meno,
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
la scienza ha reso meno netta la distinzione
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
tra sistemi viventi e non viventi,
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
e ora si pensa che possa esistere una qualche
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
continuità tra i due.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
Facciamo un esempio:
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
un virus è un sistema naturale, giusto?
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
Ma è molto semplice, molto elementare.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
Esso non soddisfa tutti i requisiti,
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
non ha tutte le caratteristiche
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
di un sistema vivente, e infatti è un parassita
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
che usa altri sistemi viventi per, ad esempio,
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
riprodursi ed evolversi.
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
Ma questa sera parleremo
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
di esperimenti effettuati all'estremo
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
non vivente dello spettro -- in pratica,
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
condurremo esperimenti chimici in laboratorio,
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
mescolando insieme ingredienti non vivi
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
per realizzare nuove strutture,
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
che potrebbero avere alcune
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
caratteristiche dei sistemi viventi.
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
Sto davvero parlando
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
della creazione di una qualche vita artificiale.
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
Quali sono, dunque, le caratteristiche a cui
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
mi riferisco? Eccole.
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
Innanzitutto, la vita ha un corpo.
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
Bisogna distinguere il proprio essere
01:31
from the environment.
34
76000
2000
dall'ambiente circostante.
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
La vita è dotata anche di metabolismo. Si tratta
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process by which life can convert resources
36
80000
3000
di un processo tramite il quale la vita converte le risorse
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
prese dall'ambiente in mattoni base,
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
in modo da conservare e costruire se stessa.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
Ed è anche dotata di informazione ereditabile.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
Noi, esseri umani, immagazziniamo l'informazione
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
sotto forma di DNA nei nostri genomi e trasmettiamo
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
quest'informazione ai nostri discendenti.
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
Se uniamo i primi due -- corpo e metabolismo --
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
possiamo ottenere un sistema che potrebbe
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
forse muoversi e replicarsi,
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
e aggiungendo l'informazione ereditabile
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
possiamo ottenere un sistema che sarebbe
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
più simile alla vita, e che forse si evolverebbe.
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
Ecco cosa cercheremo di fare
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
in laboratorio: creare esperimenti che abbiano
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
una o più di queste caratteristiche della vita.
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
Come facciamo? Beh, usiamo
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
un modello che chiamiamo protocella.
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
Potete immaginarla come una specie di
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
cellula primitiva. È un semplice modello
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
chimico di una cellula viva, e se pensate,
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
ad esempio, ad una cellula del vostro corpo,
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
questa richiede l'assemblamento di milioni
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
di molecole diverse,
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
e la loro interazione in un network complesso,
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
perché si generi qualcosa che, per noi, sia vivo.
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
In laboratorio vogliamo ottenere
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
praticamente lo stesso risultato, ma utilizzando
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
decine di diversi tipi di molecole --
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
dunque riducendo drasticamente la complessità,
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
ma cercando sempre di produrre un qualcosa di apparentemente vivo.
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
Cominciamo dunque dalle cose semplici,
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
per poi arrivare progressivamente a dei sistemi viventi.
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
Considerate questa citazione di
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
Leduc, cento anni orsono,
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
su una possibile biologia sintetica:
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"La sintesi della vita, se mai sarà realizzata,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
non sarà la scoperta sensazionale che noi
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
di solito associamo all'idea."
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
È la sua prima affermazione. Dunque, se realmente
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
creeremo vita nei laboratori, probabilmente
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
non avrà alcun impatto sulle nostre vite.
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
"Se accettiamo la teoria dell'evoluzione, allora
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
l'alba della sintesi della vita deve consistere
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
nella produzione di forme intermedie
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
tra il mondo organico e inorganico,
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
o tra il mondo non vivente
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
e quello vivente, forme che vantano
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
solo qualche attributo rudimentale della vita"
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
-- vale a dire, quelle cui ho appena accennato --
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
"a cui saranno lentamente aggiunti altri attributi
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
nel corso dello sviluppo tramite
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
azioni evolutive all'interno dell'ambiente."
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
Cominciamo da cose semplici, da qualche struttura
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
che potrebbe avere alcune delle caratteristiche
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
della vita, poi proviamo a svilupparle
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
così che sembrino più vive.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
Possiamo così iniziare a creare una protocella.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
Usiamo questa idea chiamata autoassemblaggio.
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
Posso cioè mescolare alcune
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
sostanze chimiche in una provetta in laboratorio,
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
e queste cominceranno a legarsi da sole,
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
formando strutture sempre più larghe.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
Decine, dunque, anzi
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
centinaia di migliaia di molecole
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
si uniranno per formare un'ampia struttura
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
che prima non esisteva.
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
In questo particolare esempio,
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
ho preso alcune molecole di membrana,
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
le ho mescolate nell'ambiente adeguato
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
e in pochi secondi si formano queste
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
strutture belle e complesse.
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
Queste membrane sono anche molto simili,
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
morfologicamente e funzionalmente,
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
alle membrane del vostro corpo,
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
e le possiamo usare, per così dire,
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
nella formazione del corpo della nostra protocella.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
Similmente,
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
possiamo lavorare con sistemi di acqua e olio.
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
Come sapete, se mettete insieme acqua ed olio
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
non si mescolano, ma attraverso l'autoassemblaggio
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
possiamo formare una graziosa goccia d'olio
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
e utilizzarla per farne un corpo
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
del nostro organismo artificiale, o protocella,
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
come vedremo in seguito.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
Finora stiamo solo costruendo corpi, giusto?
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
Delle architetture.
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
E gli altri aspetti dei sistemi viventi?
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
Abbiamo creato il modello di protocella
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
che vi sto mostrando.
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
Abbiamo cominciato con un'argilla naturale
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
nota come montmorillonite.
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
La vedete nella stessa forma presente in natura.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
Forma una superficie chimicamente attiva.
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
Potrebbe supportare un metabolismo.
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
Ad alcuni tipi di molecole piace legarsi
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
con l'argilla. Qui, ad esempio, l'RNA, in rosso
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
-- è un parente del DNA,
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
è una molecola informativa --
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
può cominciare a legarsi
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
con la superficie di quest'argilla.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
Questa struttura può così organizzare
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
la formazione di una parete membranosa
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
intorno a sé, e può dunque formare un corpo
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
usando le molecole liquide circostanti,
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
che in questa microfotografia sono verdi.
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
Col solo autoassemblaggio, dunque, mescolando
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
sostanze in laboratorio, si genera, ad esempio,
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
una superficie metabolica
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
con annesse alcune molecole informative
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
all'interno di questo corpo membranoso.
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
Ci stiamo dunque avvicinando agli organismi viventi.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
Ma osservando questa protocella,
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
non la confondereste con qualcosa di vivo.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
In realtà è senza vita. Una volta formata,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
non fa proprio nulla.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
Manca qualcosa, dunque.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
Mancano alcune cose.
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
Manca, ad esempio -
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
se un flusso di energia scorresse
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
dentro un sistema, vorremmo
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
una protocella in grado di captare
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
parte dell'energia per sostenersi,
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
proprio come fanno i sistemi viventi.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
E così creammo un diverso modello
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
di protocella, più semplice del precedente.
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
Questo modello è una semplice goccia d'olio,
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
ma ha al suo interno un metabolismo chimico
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
che consente alla protocella di usare l'energia
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
per fare qualcosa, per diventare veramente dinamica,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
come vedremo.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
Aggiungiamo la goccia al sistema.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
Questo è uno specchio d'acqua, e la protocella
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
comincia a muoversi all'interno del sistema.
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
La goccia d'olio si forma
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
tramite autoassemblamento, ha un metabolismo
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
chimico al suo interno, quindi può usare l'energia
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
e la usa per muoversi all'interno
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
del suo ambiente circostante.
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
Come abbiamo sentito prima, il movimento
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
è essenziale in questi tipi di sistemi "viventi".
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
Si muove, esplora l'ambiente circostante
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
e, come potete vedere, lo rimodella,
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
usando le onde chimiche intorno alla protocella.
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
Si comporta da sistema "vivo", per così dire,
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
che cerca di preservare se stesso.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
Qui prendiamo questa stessa protocella mobile,
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
e la inseriamo in un altro esperimento,
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
facendola muovere. Poi aggiungerò
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
un po' di cibo al sistema,
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
che qui vedete in blu.
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
Aggiungo una fonte di cibo al sistema.
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
La protocella si muove, incontra il cibo,
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
si riconfigura ed è realmente in grado
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
di raggiungere la concentrazione più elevata
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
di cibo presente nel sistema e fermarvisi.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
Questo sistema, dunque, non è dotato
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
solo di un corpo, ma anche di un metabolismo,
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
può usare l'energia e si muove.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
Può percepire il suo ambiente locale
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
e trovare le risorse presenti
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
nell'ambiente per sostenersi.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
Non ha un cervello, non ha
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
un sistema neurale. È un sacchetto di
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
sostanze chimiche con questo interessante
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
e complesso comportamento, simile alla vita.
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
Se contiamo il numero di sostanze chimiche
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
presenti nel sistema, inclusa l'acqua
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
nella piastra, bastano 5 sostanze
07:29
that can do this.
205
434000
2000
per fare tutto questo.
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
Abbiamo dunque messo insieme queste protocelle
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
in un singolo esperimento per vedere cosa fanno,
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
e a seconda delle condizioni, abbiamo visto che
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
alcune protocelle a sinistra
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
si muovono e vogliono toccare
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
le altre strutture presenti nell'ambiente.
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
D'altro canto abbiamo anche due protocelle
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
in movimento che vogliono girarsi attorno,
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
e formano tra loro una specie di danza complessa.
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
Non sono solo, quindi, le singole protocelle
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
a mostrare quel che abbiamo interpretato come
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
comportamento, ma in sostanza
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
abbiamo un comportamento collettivo
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
simile a quello mostrato dagli organismi.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
Ora che siete tutti esperti di protocelle,
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
faremo insieme un gioco con le protocelle.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
Ne creeremo due tipi diversi.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
La Protocella A è caratterizzata da una chimica
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
al suo interno che, quando attivata, comincia
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
a farla muovere, come se danzasse.
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
Ricordate, si tratta di oggetti "primitivi",
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
quindi il fatto che danzino
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
è molto interessante, per noi. (Risate).
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
La seconda protocella è caratterizzata da
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
una chimica interna diversa, e quando è attivata
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
ammassa tutte le protocelle e le fonde
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
in un'unica grande protocella.
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
Ora le abbiamo appena messe insieme
08:31
in the same system.
234
496000
2000
nello stesso sistema.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
Abbiamo dunque la popolazione A
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
e la popolazione B. Poi noi
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
attiviamo il sistema,
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
e le protocelle B, quelle blu,
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
si riuniscono. Si fondono
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
creando un grande protocella, e l'altra protocella
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
continua a danzare. E ciò accade
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
finché si consuma tutta l'energia
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
del sistema, e a quel punto... fine!
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
Ho ripetuto questo esperimento
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
moltissime volte, e una volta
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
è accaduta una cosa molto interessante.
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
Ho aggiunto queste protocelle
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
al sistema, e la protocella A e la protocella B
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
si sono fuse formando la protocella ibrida AB.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
Non era accaduto in passato. Eccole.
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
Ora c'è una protocella AB nel sistema.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
La protocella AB vuole danzare un po',
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
mentre la protocella B si fonde.
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
Ma poi accade una cosa ancora più interessante.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
Osservate queste due grandi protocelle,
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
quelle ibride, mentre si fondono.
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
Ora abbiamo una protocella danzante
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
ed un evento di autoreplicazione. Ecco. (Risate).
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
Stiamo ancora parlando di gocce di sostanze.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
Funziona così: avete
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
un semplice sistema di cinque sostanze chimiche,
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
un sistema semplice. Una volta ibridate,
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
si forma qualcosa che è diverso da prima,
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
di più complesso,
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
ed emerge un altro tipo
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
di comportamento simile alla vita
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
che in questo caso è la replicazione.
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
Dato, dunque,che possiamo creare alcune protocelle
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
di nostro gusto, con colori
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
e comportamenti interessanti, molto semplici
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
da realizzare, e dato che mostrano interessanti
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
proprietà simili alla vita, forse queste protocelle
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
possono dirci qualcosa sull'origine della vita
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
sulla Terra. Forse rappresentano un
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
primo passo comprensibile, uno dei primi passi
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
della vita sulla Terra primordiale.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
Certamente c'erano delle molecole
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
sulla Terra primordiale, ma non simili a
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
questi composti puri su cui abbiamo lavorato,
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
e che vi ho mostrato negli esperimenti.
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
Forse, semmai, sono stati una miscela complessa
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
di ogni tipo di cosa, dato che
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
reazioni chimiche incontrollate producono
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
una miscela di diversi composti organici.
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
Immaginatela come un brodo primordiale.
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
È un insieme che è troppo difficile
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
da caratterizzare, anche usando metodi moderni
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
ed il prodotto sembra marrone, come questa pece
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
a sinistra. Mostriamo anche un
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
composto puro a destra, per confronto.
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
È una cosa simile a quello che avviene quando
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
prendete dei cristalli di zucchero puro in cucina,
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
li mettete in pentola ed applicate dell'energia.
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
Aumentate il calore, cominciate a creare
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
o spezzare legami chimici nello zucchero,
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
formando del caramello bruno, giusto?
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
Se permettete che vada avanti senza controllo,
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
continuerete a formare e spezzare legami chimici,
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
formando una mistura ancora più variegata
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
di molecole che poi formano questa specie di
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
pece nera nella pentola che è
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
difficile da lavar via. Ecco quindi l'aspetto
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
che l'origine della vita avrebbe potuto avere.
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
La vita dovette sorgere da questa
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
poltiglia primordiale, presente sulla Terra
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
4 o 4,5 miliardi di anni orsono.
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
La sfida, quindi, è scartare
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
tutte le sostanze chimiche pure del laboratorio,
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
e cercare di creare protocelle con proprietà
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
simili alla vita con questa specie di brodo primordiale.
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
Allora potremo rivedere l'autoassemblaggio
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
di questi corpi costituiti da gocce d'olio,
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
che abbiamo visto precedentemente,
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
e queste macchie nere all'interno
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
rappresentano questa pece nera -- una variegata,
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
organica e molto complessa pece nera.
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
Le inseriamo in uno di questi
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
esperimenti, come avete visto prima, e poi
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
osserviamo il movimento che ne scaturisce.
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
Sembrano andare bene, è un bel movimento,
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
e sembra anche che mostrino un qualche tipo
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
di comportamento quando sembrano circolare
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
l'una intorno all'altra ed inseguendosi,
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
tipo quella vista prima -- ma ricordiamo,
11:46
working with just primordial conditions,
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691000
2000
lavorando solo su condizioni primordiali,
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
senza usare sostanze chimiche pure.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
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695000
2000
Queste protocelle, alimentate a pece,
11:52
are also able to locate resources
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697000
2000
sono anche in grado di reperire risorse
11:54
in their environment.
329
699000
1000
nel loro ambiente.
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
Qui, nel lato sinistro, aggiungerò alcune risorse
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
che si diffondono nel sistema
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
e potete osservare quanto le apprezzano.
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
Diventamo molto attive, e in grado
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
di trovare le risorse nell'ambiente,
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
in modo simile a quanto abbiamo visto prima.
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
Ma, stiamo, ancora, operando in condizioni
12:09
conditions, really messy conditions,
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714000
2000
primordiali, molto disordinate,
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
non condizioni da laboratorio sterile.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
Sono proprio delle piccole,
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
sporche protocelle. (Risate)
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
Ma hanno proprietà simili alla vita.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
Realizzare questi esperimenti di vita artificiale, dunque,
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
ci aiuta a definire un possibile percorso tra
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
i sistemi viventi ed i sistemi non viventi.
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
Non solo, ma ci aiuta anche
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
ad ampliare la nostra concezione della vita
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
e di quali possibili vite possano esistere
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
nell'universo -- magari molto diverse
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
dalla vita che troviamo qui sulla Terra.
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
Tutto questo mi conduce alla prossima
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
definizione, quella di "vita strana".
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
È una definizione usata da Steve Benner.
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
È usata in riferimento ad un report
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
del 2007 del National Research Council
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
degli Stati Uniti, in cui
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
hanno cercato di capire in che modo possiamo
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
cercare la vita altrove nell'universo,
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
specie se ha una forma molto diversa dalla vita
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
sulla Terra. Se fossimo andati su un altro pianeta
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
e avessimo ipotizzato la presenza della vita,
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
come avremmo potuto riconoscerla?
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
Be', hanno individuato tre criteri
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
molto generali. Il primo - sono elencati qui.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
Il primo è che il sistema deve essere
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
in non-equilibrio. Il sistema, cioè,
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
non deve essere morto.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
In sostanza,
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
c'è un input di energia nel sistema che la vita
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
può usare e sfruttare per sostenersi.
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
È simile al Sole che brilla
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
sulla Terra, alimentando la fotosintesi,
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
che alimenta l'ecosistema.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
Senza il Sole, probabilmente, non vi sarebbe
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
vita su questo pianeta.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
In secondo luogo, la vita deve essere liquida,
13:34
so that means even if we had some
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799000
2000
il che vuol dire che anche se trovassimo delle
13:36
interesting structures, interesting molecules
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801000
2000
strutture interessanti, molecole interessanti
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
unite tra loro ma congelate in uno stato solido,
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
allora non sarebbe un buon posto per la vita.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
Terzo, dobbiamo poter creare
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
e spezzare legamici chimici. Questo,
13:46
this is important because life transforms
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811000
2000
ripeto, è importante perché la vita trasforma
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
le risorse tratte dall'ambiente
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
in mattoni base, per sostenersi.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
Oggi vi ho parlato di protocelle molto
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
strane e curiose -- alcune contengono argilla,
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
alcune hanno un brodo primordiale al loro interno,
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
alcune sostanzialmente contengono olio,
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
al loro interno, anziché acqua.
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
La maggior parte di esse non contiene DNA,
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
ma hanno proprietà simili alla vita.
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
Ma queste protocelle soddisfano
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
quei requisiti generali per i sistemi viventi.
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
Dunque, realizzando questi esperimenti chimici
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
di vita artificiale, speriamo non solo
14:17
to understand something fundamental
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842000
2000
di fare qualche scoperta fondamentale
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
sull'origine della vita e sulla presenza
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
della vita su questo pianeta, ma anche
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
di capire quali possibili vite potrebbero abitare
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
là fuori, nell'universo. Grazie.
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(Applause)
401
853000
4000
(Applausi)
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