TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
Martin Hanczyc: De route tussen leven en niet-leven
Filmed:
Readability: 4.3
819,541 views
In zijn laboratorium maakt Martin Hanczyc protocellen, experimentele zakjes van chemische producten die zich als levende cellen gedragen. Zijn werk toont aan hoe het eerste leven ter wereld zou kunnen zijn ontstaan … en misschien ook elders.
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
Historisch is er
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
een enorme kloof tussen wat mensen
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
als niet-levende systemen
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
en levende systemen zien.
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
Dat gaat van dit mooie en
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
complexe kristal als niet-leven tot deze
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
mooie en complexe kat aan de andere kant.
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
In de afgelopen 150 jaar of zo
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
heeft de wetenschap dit onderscheid
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
tussen niet-levende en levende systemen een beetje waziger gemaakt.
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
We zijn nu van mening dat er misschien een
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
continuüm bestaat tussen de twee.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
Een voorbeeld:
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
een virus is een natuurlijk systeem, toch?
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
Maar het is heel simpel. Erg simplistisch.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
Het voldoet niet echt aan alle eisen,
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
heeft niet alle kenmerken
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
van levende systemen en parasiteert
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
op andere levende systemen om te
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
reproduceren en evolueren.
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
Maar waar we vanavond over gaan praten
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
zijn experimenten gedaan op de
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
niet-levende kant van het spectrum – eigenlijk gaat het
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
over scheikundige experimenten in het laboratorium.
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
We mengen niet-levende ingrediënten
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
om nieuwe structuren te maken en deze
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
nieuwe structuren hebben een aantal
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
kenmerken van levende systemen.
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
We willen proberen
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
om een soort van kunstmatig leven te creëren.
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
Over welke eigenschappen
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
heb ik het dan?
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
Om te beginnen heeft alles wat leeft een lichaam.
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
Noodzakelijk om onderscheid te maken tussen het zelf
01:31
from the environment.
34
76000
2000
en de omgeving.
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
Ook een stofwisseling is nodig. Dit is een
01:35
process by which life can convert resources
36
80000
3000
proces waarbij het leven middelen
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
uit de omgeving kan omzetten in bouwstenen
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
om zichzelf in stand te houden en te versterken.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
Leven heeft ook erfelijke informatie nodig.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
Wij mensen slaan onze informatie
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
als DNA op in ons genoom en we geven deze
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
informatie door aan onze nakomelingen.
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
Als we de eerste twee koppelen - het lichaam en het metabolisme -
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
hebben we een systeem dat zich
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
misschien wel kan verplaatsen en repliceren. Als we
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
dit nu koppelen aan erfelijke informatie
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
krijgen we misschien een levensechter systeem
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
dat misschien wel kan evolueren.
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
Deze dingen proberen we te doen
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
in het lab, experimenten waarbij we dingen maken
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
met een of meer kenmerken van het leven.
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
Hoe doen we dit? We gebruiken
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
een modelsysteem dat we een protocel noemen.
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
Zie het als een soort
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
primitieve cel. Het is een eenvoudig chemisch
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
model van een levende cel. Bedenk echter
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
dat in een cel in je lichaam
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
miljoenen verschillende soorten
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
moleculen moeten samenkomen en
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
samenspelen in een complex netwerk
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
om iets te krijgen dat we leven noemen.
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
Wat we in het laboratorium willen doen
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
lijkt hierop, maar met slechts
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
tientallen verschillende soorten moleculen -
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
dus een drastische vermindering van de complexiteit, maar nog steeds
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
proberen we iets te produceren dat er levensecht uitziet.
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
We beginnen eenvoudig
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
en werken ons op naar levende systemen.
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
Denk een moment aan deze uitspraak van
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
Leduc, een honderdtal jaren geleden, toen hij nadacht
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
over synthetische biologie:
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"De synthese van het leven, zou het ooit gebeuren,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
zal niet de sensationele ontdekking zijn die we
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
meestal associëren met het idee."
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
Dat is zijn eerste verklaring. Als we echt
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
leven gaan maken in laboratoria, zal dat
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
ons leven waarschijnlijk niet gaan beïnvloeden.
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
"Als we de evolutietheorie accepteren, dan moet
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
het eerste begin van de synthese van het leven bestaan
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
in de productie van tussenliggende vormen
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
tussen de anorganische en de organische
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
wereld of tussen de niet-levende
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
en de levende wereld, vormen die over slechts enkele
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
van de rudimentaire eigenschappen van het leven beschikken"
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
- die ik zojuist heb vernoemd -
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
"waaraan andere attributen langzaamaan zullen worden toegevoegd
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
in de loop van de ontwikkeling door de
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
evolutionaire acties van het milieu.”
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
We beginnen simpel, we maken een aantal structuren
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
die een aantal van deze kenmerken
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
van het leven hebben en dan gaan we proberen dat te ontwikkelen
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
om meer te gaan lijken op echt leven.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
Zo gaan we een protocel maken.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
We maken gebruik van het idee van zelfassemblage.
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
Daarvoor meng ik wat
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
stoffen in een reageerbuis in mijn lab
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
en deze chemicaliën gaan zelfassociëren
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
om grotere en grotere structuren te vormen.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
Tienduizenden,
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
honderdduizenden moleculen
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
komen samen om een grote structuur te vormen
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
die tevoren nog niet bestond.
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
In dit specifieke voorbeeld,
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
nam ik wat membraanvormende moleculen,
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
mengde die samen in de juiste omgeving
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
en binnen een paar seconden vormen deze
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
die complexe en mooie structuren hier.
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
Deze membranen lijken
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
morfologisch en functioneel
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
op de membranen in je lichaam.
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
We kunnen ze gebruiken
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
om het lichaam van onze protocel te maken.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
We kunnen ook
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
werken met olie-en-watersystemen.
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
Olie en water
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
mengen niet, maar door zelfassemblage
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
kunnen we een mooie oliedruppel vormen
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
en kunnen die als lichaam voor
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
onze kunstmatige organismen of voor onze protocel gebruiken,
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
zoals we later zullen zien.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
Zo vormen we een lichaam.
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
Met die architectuur.
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
Hoe zit het met de andere aspecten van levende systemen?
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
We begonnen met dit protocelmodel hier
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
dat ik liet zien.
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
We begonnen met een natuurlijk voorkomende klei,
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
montmorilloniet genaamd.
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
Die komt voor in de natuur.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
Hij heeft een chemisch actief oppervlak.
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
Er kan een stofwisseling op draaien.
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
Bepaalde soorten moleculen associëren gemakkelijk
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
met deze klei. Bijvoorbeeld RNA, weergegeven in het rood
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
- het is familie van DNA,
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
een informatiedragend molecuul -
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
het kan langs komen en zich binden
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
aan het oppervlak van deze klei.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
Deze structuur kan dan
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
de vorming van een membraangrens rond
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
zichzelf organiseren. Het kan een lichaam van
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
vloeistofmoleculen om zich heen maken. Dat is
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
in het groen weergegeven hier op deze microfoto.
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
Gewoon door zelfassemblage, door dingen te mengen
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
in het lab, krijgen we wat je zou kunnen noemen
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
een metabool oppervlak met een aantal
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
informatiedragende moleculen
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
binnen dit membraanlichaam.
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
Zo zijn we op weg naar levende systemen.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
Maar als je deze protocel ziet, zou je ze niet
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
verwarren met iets dat echt leefde.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
Ze is eigenlijk vrij levenloos. Ze vormt zich,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
maar verder gebeurt er niet veel.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
Iets ontbreekt.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
Sommige dingen ontbreken.
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
Bijvoorbeeld
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
er een stroom energie
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
ging door het systeem, dan zou
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
die protocel een deel van die energie
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
moeten kunnen oogsten om zich te handhaven,
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
net zoals levende systemen dat doen.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
We maakten een ander
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
protocelmodel, eigenlijk eenvoudiger dan het vorige.
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
Dit protocelmodel is gewoon een druppel olie,
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
maar met een chemische stofwisseling erin
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
die het deze protocel mogelijk maakt energie te gebruiken
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
om iets te doen, om echt dynamisch te worden,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
zoals we hier zien.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
Je voegt de druppel toe aan het systeem.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
Een beetje water en de protocel
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
begint zich rond te bewegen in het systeem.
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
Oliedruppels vormen zich
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
door zelfassemblage, hebben een chemisch
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
metabolisme zodat ze energie kunnen gebruiken
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
om rond te bewegen
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
in de omgeving.
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
Zoals eerder gezegd, is beweging zeer
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
belangrijk in dit soort van levende systemen.
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
Ze bewegen, ze verkennen de omgeving,
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
en veranderen, zoals je ziet, hun omgeving
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
door deze chemische golven die worden gevormd door de protocel.
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
Ze gedragen zich in zekere zin als een levend systeem,
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
dat zichzelf probeert in stand te houden.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
We nemen hier dezelfde bewegende protocel
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
en gebruiken ze in een ander experiment,
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
krijgen ze in beweging. Dan ga ik
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
wat eten toevoegen aan het systeem.
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
Je ziet dat hier in het blauw.
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
Ik voeg wat voedsel toe aan het systeem.
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
De protocel beweegt. Ze komt het eten tegen.
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
Ze verandert van vorm en kan dan
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
naar de hoogste concentratie
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
van voedsel in dat systeem bewegen en daar stoppen.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
We hebben nu een systeem
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
met een lichaam, een stofwisseling,
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
het kan energie gebruiken en het beweegt rond.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
Het kan reageren op zijn lokale omgeving
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
en middelen vinden
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
in de omgeving om zichzelf te onderhouden.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
Dit heeft geen brein, geen
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
neuraal systeem. Het is slechts een
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
zak chemicaliën die in staat is om dit interessante
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
en complexe levensechte gedrag te vertonen.
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
Met slechts 5 chemische stoffen
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
in het systeem met inbegrip van het water
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
in het schaaltje
07:29
that can do this.
205
434000
2000
kan het dat doen.
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
We brachten meer van deze protocellen samen
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
in een enkel experiment om te zien wat ze zouden doen.
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
Afhankelijk van de omstandigheden gaan
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
sommige protocellen aan de linkerkant
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
rond bewegen en graag contact maken met de andere
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
structuren in de omgeving.
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
Aan de andere kant hebben we twee bewegende
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
protocellen die graag rond elkaar lijken te cirkelen.
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
Zij voeren een soort dans, een complexe dans uit met elkaar.
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
Niet alleen vertonen de individuele protocellen
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
gedrag, wat wij hebben geïnterpreteerd als
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
gedrag in dit systeem, maar we zien ook
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
in principe gedrag op populatieniveau,
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
vergelijkbaar met wat organismen doen.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
Nu jullie allemaal protoceldeskundigen zijn,
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
gaan we een spel spelen met deze protocellen.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
We gaan twee verschillende soorten maken.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
Protocel A heeft een bepaald soort chemie
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
die, indien geactiveerd, de protocel
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
rond laat trillen, dansen zeg maar.
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
Bedenk dat dit primitieve dingen zijn.
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
Dansende protocellen, dat is pas
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
interessant voor ons. (Gelach)
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
De tweede protocel heeft een andere
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
chemie. Wanneer ze geactiveerd zijn,
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
komen de protocellen allemaal samen en versmelten ze
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
tot één grote.
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
We brengen deze twee samen
08:31
in the same system.
234
496000
2000
in hetzelfde systeem.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
Er is de populatie A en
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
de populatie B. Vervolgens
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
activeren we het systeem.
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
De B-protocellen, dat zijn de blauwe,
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
komen allemaal bij elkaar. Ze smelten samen
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
tot een grote bal. De andere protocellen
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
dansen gewoon wat rond. Dat gaat zo door
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
totdat alle energie in het systeem is
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
opgebruikt. Dan is het ‘game over’.
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
Ik herhaalde dit experiment
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
een paar keer en één keer
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
gebeurde er iets heel interessants.
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
Ik voegde deze protocellen toe
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
aan het systeem en protocel A en protocel B
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
versmolten om een hybride protocel AB te vormen.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
Dat gebeurde niet eerder. Daar zie je het.
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
Er is nu een protocel AB in dit systeem.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
Protocel AB houdt ervan om een beetje rond te dansen,
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
terwijl protocel B zich bezig houdt met versmelten.
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
Maar dan gebeurt er iets nog interessanters.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
Kijk hoe deze twee grote protocellen,
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
de hybriden, samensmelten.
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
Nu hebben we een dansende protocel
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
en een zelfreplicatiegebeuren. Oké. (Gelach)
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
Alleen maar met balletjes chemicaliën.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
Op deze manier heb je
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
een eenvoudig systeem van vijf chemische stoffen,
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
een eenvoudig systeem dus. Als ze hybridiseren,
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
krijg je iets dat anders is dan
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
tevoren. Het is complexer geworden.
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
Er komt een ander soort
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
levensecht gedrag tevoorschijn.
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
In dit geval is dat replicatie.
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
We kunnen een aantal interessante
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
protocellen maken met interessante kleuren en
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
interessant gedrag. Ze zijn zeer gemakkelijk
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
te maken en ze vertonen interessante eigenschappen
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
die aan leven doen denken. Misschien hebben deze protocellen
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
ons iets te vertellen over de oorsprong van het leven
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
op aarde. Misschien zijn deze vormen een
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
gemakkelijk toegankelijke stap, een van de eerste stappen
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
waarmee het leven begon op de vroege aarde.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
Er bestonden zeker al moleculen bij
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
het begin van de aarde, maar het zullen geen
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
zuivere verbindingen zijn geweest, zoals die waarmee we in het lab
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
hebben gewerkt en die ik toonde in deze experimenten.
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
Ze zullen eerder een zeer complex mengsel van
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
allerlei stoffen zijn geweest, omdat
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
ongecontroleerde chemische reacties
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
een gevarieerd mengsel van organische verbindingen produceren.
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
Zie het als het oerslijm.
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
Het is een mengsel dat moeilijk volledig
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
te karakteriseren is, zelfs met moderne methoden.
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
Het product zou er bruin uitzien, zoals deze teer
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
hier aan de linkerkant. Een zuivere verbinding
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
wordt aan de rechterkant getoond, voor het contrast.
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
Dit kan je vergelijken met wat er gebeurt als je
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
zuivere suikerkristallen uit je keuken neemt,
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
ze in een pan doet en er energie op loslaat.
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
Je gaat ze verhitten. Chemische bindingen worden
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
in de suiker gemaakt en verbroken
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
bij het vormen van bruine karamel.
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
Als je dat ongeremd laat doorgaan, zul je
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
chemische bindingen blijven maken en breken
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
en krijg je een nog meer gevarieerde mix van
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
moleculen die dan in de pan dit
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
zwarte teerachtige spul vormen, dat er
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
nog moeilijk uit is te spoelen. Zo moet
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
de oorsprong van het leven er hebben uitgezien.
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
Dat had je nodig om leven te krijgen uit deze rommel
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
op de vroege aarde,
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
zo’n 4 à 4,5 miljard jaar geleden.
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
De uitdaging is dan om
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
de zuivere chemische stoffen uit het lab te gooien
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
en met dit soort oerslijm te proberen
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
wat protocellen te maken met levensechte eigenschappen.
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
Dan komen we misschien opnieuw de zelfassemblage
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
van deze oliedruppellichamen tegen
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
die we eerder hebben gezien.
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
De zwarte vlekken erin
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
vertegenwoordigen dit soort zwarte teer - deze divers samengestelde,
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
zeer complexe, organische zwarte teer.
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
We zetten er hetzelfde soort
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
experimenten mee op en vervolgens
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
letten we op levendige beweging die ontstaat.
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
Ze zien er echt goed uit, bewegen zeer mooi
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
en lijken ook een soort van
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
gedrag te vertonen waarbij ze
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
om elkaar heen cirkelen en elkaar volgen,
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
vergelijkbaar met wat we al eerder zagen - maar nogmaals,
11:46
working with just primordial conditions,
325
691000
2000
we werken met alleen maar primordiaal materiaal,
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
niet met zuivere chemicaliën.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
327
695000
2000
Deze door teer aangedreven protocellen
11:52
are also able to locate resources
328
697000
2000
zijn ook in staat om 'voedsel' te vinden
11:54
in their environment.
329
699000
1000
in hun omgeving.
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
Ik ga aan de linkerkant wat ‘voedsel’ toevoegen
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
dat met het systeem versmelt.
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
Je kunt zien dat ze er van houden.
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
Ze worden heel energiek en in staat
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
om middelen in de omgeving op te sporen,
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
vergelijkbaar met wat we eerder zagen.
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
Maar nogmaals, deze worden uitgevoerd onder deze primordiale
12:09
conditions, really messy conditions,
337
714000
2000
omstandigheden, echt rommelige omstandigheden,
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
geen steriele laboratoriumomstandigheden.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
Dit zijn in feite
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
erg smerige, kleine protocellen. (Gelach)
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
Maar het punt is dat ze levensechte eigenschappen vertonen.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
Deze experimenten over kunstmatig leven
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
helpen ons een mogelijke route te definiëren van
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
niet-levende naar levende systemen.
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
Niet alleen dat, maar ze helpen ons
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
ons beeld te verruimen van wat leven is
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
en hoe het leven er elders zou kunnen
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
uitzien - leven dat heel verschillend kan zijn
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
van het leven dat we hier op aarde vinden.
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
Dat brengt mij tot de volgende
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
term, die van "vreemd leven".
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
Dit is een term die door Steve Benner werd bedacht.
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
Die werd gebruikt in een verwijzing naar een rapport
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
in 2007 door de National Research Council
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
in de Verenigde Staten, waarin
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
ze probeerden te begrijpen hoe we
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
op zoek kunnen gaan naar leven elders in het heelal.
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
Vooral als dat leven heel anders is dan het leven
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
op aarde. Als we naar een andere planeet zouden gaan en
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
we dachten dat er misschien leven zou zijn,
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
hoe zouden we het zelfs als leven herkennen?
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
Ze kwamen met drie zeer algemene
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
criteria. Het eerste is - en ze zijn hier weergegeven.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
Het eerste is: het systeem mag
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
niet in evenwicht zijn. Dat betekent in feite
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
dat het systeem niet dood mag zijn.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
In principe betekent dat
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
dat het systeem energie kan opnemen. Energie die het leven
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
kan gebruiken en benutten om zichzelf te onderhouden.
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
Dit is vergelijkbaar met de zon
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
die op de aarde schijnt en de fotosynthese aandrijft,
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
het ecosysteem aandrijft.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
Zonder de zon zou er waarschijnlijk
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
geen leven zijn op deze planeet.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
Ten tweede, het leven dient in vloeibare vorm te zijn.
13:34
so that means even if we had some
376
799000
2000
Dat betekent dat zelfs als we sommige
13:36
interesting structures, interesting molecules
377
801000
2000
interessante structuren, interessante moleculen samen vonden,
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
maar ze stijf bevroren waren,
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
dan zou dit geen goede plek voor het leven zijn.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
Ten derde moeten we in staat zijn om chemische bindingen
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
te maken en te breken.
13:46
this is important because life transforms
382
811000
2000
Dit is belangrijk omdat het leven
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
middelen uit het milieu verandert in
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
bouwstenen, zodat het zichzelf kan blijven in stand houden.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
Vandaag vertelde ik jullie over heel vreemde
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
en rare protocellen - sommige die klei bevatten,
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
sommige met oerslijm en
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
een aantal die olie
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
in plaats van water bevatten.
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
De meeste bevatten geen DNA,
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
maar toch hebben ze levensechte eigenschappen.
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
Maar deze protocellen voldoen
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
aan de algemene voorwaarden van levende systemen.
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
Door experimenten met dit chemische, kunstmatige
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
leven, hopen we niet alleen
14:17
to understand something fundamental
396
842000
2000
om iets fundamenteels te begrijpen
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
over de oorsprong van het leven en het bestaan
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
van het leven op deze planeet, maar ook
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
welk mogelijk leven er zou kunnen zijn
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
in het universum. Dank je.
14:28
(Applause)
401
853000
4000
(Applaus)
ABOUT THE SPEAKER
Martin Hanczyc - ChemistMartin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells.
Why you should listen
Martin Hanczyc is developing novel synthetic chemical systems based on the properties of living systems, in a quest to understand how life forms. These synthetic systems, or "protocells," are model systems of primitive living cells and chemical examples of artificial life. As Rachel Armstrong puts it: "Although the protocell model system is just a chemically modified oil droplet, its dynamics are astonishingly varied and complex."
He's based at the Institute of Physics and Chemistry and the Center for Fundamental Living Technology (FLinT) in Denmark. He is also an Honorary Senior Lecturer at the Bartlett School of Architecture, University College London.
Martin Hanczyc | Speaker | TED.com