TEDSalon London Spring 2011
Martin Hanczyc: The line between life and not-life
Мартин Ханзич: Черта между живым и неживым
Filmed:
Readability: 4.3
819,541 views
В своей лаборатории, Мартин Ханзич создает "протоклетки", экспериментальные шарики из химических элементов, которые ведут себя как живые клетки. Его работа демонстрирует то, как жизнь возможно впервые зародилась на Земле...и возможно не только не Земле.
Martin Hanczyc - Chemist
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells. Full bio
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells. Full bio
Double-click the English transcript below to play the video.
00:15
So historically there has
0
0
2000
Исторически существовало
00:17
been a huge divide between what people
1
2000
3000
огромное различие между тем,
00:20
consider to be non-living systems on one
2
5000
3000
что люди считали неживыми системами, с одной стороны,
00:23
side, and living systems on the other side.
3
8000
2000
и живыми системами, с другой стороны.
00:25
So we go from, say, this beautiful and
4
10000
2000
Итак, мы двигаемся от этого красивого
00:27
complex crystal as non-life, and this rather
5
12000
3000
и сложного неживого кристалла
00:30
beautiful and complex cat on the other side.
6
15000
3000
к этой красивой и сложной живой кошке.
00:33
Over the last hundred and fifty years or so,
7
18000
3000
В течение последних 150 лет или около того,
00:36
science has kind of blurred this distinction
8
21000
2000
наука в какой-то мере размыла это разделение
00:38
between non-living and living systems, and
9
23000
2000
между неживыми и живыми системами,
00:40
now we consider that there may be a kind
10
25000
2000
и теперь мы считаем, что возможно есть
00:42
of continuum that exists between the two.
11
27000
3000
некий континуум, который существует между двумя.
00:45
We'll just take one example here:
12
30000
2000
Возьмем один пример:
00:47
a virus is a natural system, right?
13
32000
2000
вирус это натуральная система, верно?
00:49
But it's very simple. It's very simplistic.
14
34000
2000
Но она очень простая. Очень упрощенная.
00:51
It doesn't really satisfy all the requirements,
15
36000
2000
Она, на самом деле, не удовлетворяет всем требованиям,
00:53
it doesn't have all the characteristics
16
38000
2000
не имеет всех характеристик живых систем,
00:55
of living systems and is in fact a parasite
17
40000
2000
и на самом деле является паразитом
00:57
on other living systems in order to, say,
18
42000
3000
для других живых систем,
01:00
reproduce and evolve.
19
45000
2000
чтобы, допустим, размножаться и развиваться.
01:02
But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
Но то, о чем мы сегодня будем говорить
01:04
tonight are experiments done on this sort of
21
49000
2000
это эксперименты, проведенные на этом
01:06
non-living end of this spectrum -- so actually
22
51000
2000
неживом крае спектра - так что на самом деле
01:08
doing chemical experiments in the laboratory,
23
53000
3000
проводя химические эксперименты в лаборатории,
01:11
mixing together nonliving ingredients
24
56000
2000
смешивая вместе неживые ингредиенты
01:13
to make new structures, and that these
25
58000
2000
для создания новых структур, и чтобы
01:15
new structures might have some of the
26
60000
2000
эти новые структуры могли иметь некоторые
01:17
characteristics of living systems.
27
62000
2000
из характеристик живых систем.
01:19
Really what I'm talking about here is
28
64000
2000
По сути, то, о чем я говорю здесь,
01:21
trying to create a kind of artificial life.
29
66000
2000
это попытка создания искусственной жизни.
01:23
So what are these characteristics that I'm
30
68000
2000
Итак, что это за характеристики,
01:25
talking about? These are them.
31
70000
2000
о которых я говорю? Вот они.
01:27
We consider first that life has a body.
32
72000
2000
Мы считаем, что во-первых у жизни есть тело.
01:29
Now this is necessary to distinguish the self
33
74000
2000
Это необходимо, чтобы отделить себя
01:31
from the environment.
34
76000
2000
от окружающей среды.
01:33
Life also has a metabolism. Now this is a
35
78000
2000
Жизнь также обладает метаболизмом. Это процесс,
01:35
process by which life can convert resources
36
80000
3000
с помощью которого жизнь может преобразовывать ресурсы
01:38
from the environment into building blocks
37
83000
2000
из окружающей среды в строительные материалы,
01:40
so it can maintain and build itself.
38
85000
3000
чтобы поддерживать и строить себя.
01:43
Life also has a kind of inheritable information.
39
88000
2000
Жизнь также обладает наследственной информацией.
01:45
Now we, as humans, we store our information
40
90000
2000
Вот мы, люди, храним свою информацию
01:47
as DNA in our genomes and we pass this
41
92000
3000
как ДНК в своих геномах, и мы передаем
01:50
information on to our offspring.
42
95000
2000
эту информацию своим детям.
01:52
If we couple the first two -- the body and the metabolism --
43
97000
2000
Если мы соединим первые два - тело и метаболизм -
01:54
we can come up with a system that could
44
99000
2000
то мы можем получить систему, которая, возможно,
01:56
perhaps move and replicate, and if we
45
101000
2000
могла бы двигаться и воспроизводить себя,
01:58
coupled these now to inheritable information,
46
103000
3000
и если мы свяжем эти две с наследственной информацией,
02:01
we can come up with a system that would be
47
106000
2000
то у нас может получиться система, которая может
02:03
more lifelike, and would perhaps evolve.
48
108000
2000
быть более жизнеподобной, и возможно, будет развиваться.
02:05
And so these are the things we will try to do
49
110000
2000
Так что вот вещи, которые мы пытаемся сделать
02:07
in the lab, make some experiments that have
50
112000
2000
в лаборатории, провести некоторые эксперименты,
02:09
one or more of these characteristics of life.
51
114000
3000
где есть одна или более из этих характеристик жизни.
02:12
So how do we do this? Well, we use
52
117000
2000
Итак, как же мы все это делаем? Ну, мы используем
02:14
a model system that we term a protocell.
53
119000
2000
модель системы, которую мы называем "протоклетка".
02:16
You might think of this as kind of like a
54
121000
2000
Вы можете подумать, что это что-то вроде
02:18
primitive cell. It is a simple chemical
55
123000
2000
примитивной клетки. Это простая химическая
02:20
model of a living cell, and if you consider
56
125000
3000
модель живой клетки, и если вы примете во внимание,
02:23
for example a cell in your body may have
57
128000
2000
например, что клетка в вашем теле может иметь
02:25
on the order of millions of different types
58
130000
2000
порядка миллионов различных типов
02:27
of molecules that need to come together,
59
132000
2000
молекул, которые должны взаимодействовать,
02:29
play together in a complex network
60
134000
2000
работать вместе в сложной системе,
02:31
to produce something that we call alive.
61
136000
3000
чтобы создать что-то, что мы называем жизнью.
02:34
In the laboratory what we want to do
62
139000
2000
В лаборатории мы хотим сделать
02:36
is much the same, but with on the order of
63
141000
2000
примерно то же самое, но в рамках
02:38
tens of different types of molecules --
64
143000
2000
десятков различных типов молекул -
02:40
so a drastic reduction in complexity, but still
65
145000
2000
то есть это значительное понижение сложности, но все же
02:42
trying to produce something that looks lifelike.
66
147000
3000
попытка создать что-то похожее на жизнь.
02:45
And so what we do is, we start simple
67
150000
2000
То есть, мы начинаем с простого,
02:47
and we work our way up to living systems.
68
152000
3000
и мы продвигаемся вперед к живым системам.
02:50
Consider for a moment this quote by
69
155000
2000
Задумайтесь на мгновение об этой цитате
02:52
Leduc, a hundred years ago, considering a
70
157000
2000
Ледука, который сто лет назад сказал,
02:54
kind of synthetic biology:
71
159000
2000
о синтетической биологии:
02:56
"The synthesis of life, should it ever occur,
72
161000
2000
"Синтез жизни, если он когда-либо произойдет,
02:58
will not be the sensational discovery which we
73
163000
2000
не будет сенсационным открытием,
03:00
usually associate with the idea."
74
165000
2000
с которым мы обычно ассоциируем эту идею."
03:02
That's his first statement. So if we actually
75
167000
2000
Это его первое заявлением. То есть если мы реально
03:04
create life in the laboratories, it's
76
169000
2000
создадим жизнь в лабораториях,
03:06
probably not going to impact our lives at all.
77
171000
2000
это, скорее всего, никак не повлияет на наши жизни.
03:08
"If we accept the theory of evolution, then
78
173000
2000
"Если мы принимаем теорию эволюции, тогда
03:10
the first dawn of synthesis of life must consist
79
175000
2000
первый восход синтеза жизни должен состоять
03:12
in the production of forms intermediate
80
177000
2000
в создании промежуточных форм
03:14
between the inorganic and the organic
81
179000
2000
между неорганическим и органическим миром,
03:16
world, or between the non-living
82
181000
2000
между живой и неживой природой,
03:18
and living world, forms which possess
83
183000
2000
формами, которые обладают
03:20
only some of the rudimentary attributes of life"
84
185000
2000
только некоторыми из рудиментарных атрибутов жизни"
03:22
-- so, the ones I just discussed --
85
187000
2000
то есть теми, о которых мы только что говорили -
03:24
"to which other attributes will be slowly added
86
189000
2000
"к которым остальные атрибуты будут постепенно добавляться
03:26
in the course of development by the
87
191000
2000
в ходе развития
03:28
evolutionary actions of the environment."
88
193000
2000
эволюционных действий окружающей среды."
03:30
So we start simple, we make some structures
89
195000
2000
Итак, мы начинаем с простого, мы создаем некоторые структуры
03:32
that may have some of these characteristics
90
197000
2000
которые могут иметь некоторые из этих характеристик
03:34
of life, and then we try to develop that
91
199000
2000
жизни, и затем мы пытаемся развить это,
03:36
to become more lifelike.
92
201000
2000
чтобы было больше похоже на жизнь.
03:38
This is how we can start to make a protocell.
93
203000
2000
Именно так мы можем начать создавать протоклетку.
03:40
We use this idea called self-assembly.
94
205000
2000
Мы используем идею под названием само-построение.
03:42
What that means is, I can mix some
95
207000
2000
Это означает, что я могу смешать несколько химикатов
03:44
chemicals together in a test tube in my lab,
96
209000
2000
в пробирке у себя в лаборатории,
03:46
and these chemicals will start to self-associate
97
211000
2000
и эти химикаты начнут связываться сами с собой,
03:48
to form larger and larger structures.
98
213000
2000
для создания всё более крупных структур.
03:50
So say on the order of tens of thousands,
99
215000
2000
Так например, на порядке десятка тысяч
03:52
hundreds of thousands of molecules will
100
217000
2000
сотни и сотни молекул соединятся,
03:54
come together to form a large structure
101
219000
2000
чтобы создать более крупную структуру,
03:56
that didn't exist before.
102
221000
2000
которая ранее не существовала.
03:58
And in this particular example,
103
223000
2000
И в этом конкретном примере,
04:00
what I took is some membrane molecules,
104
225000
2000
я взял некоторые мембранные молекулы,
04:02
mixed those together in the right environment,
105
227000
2000
смешал их вместе в правильной окружающей среде,
04:04
and within seconds it forms these rather
106
229000
2000
и через секунды они создают здесь вот эти
04:06
complex and beautiful structures here.
107
231000
2000
довольно сложные и красивые структуры.
04:08
These membranes are also quite similar,
108
233000
2000
Эти мембраны также достаточно похожи,
04:10
morphologically and functionally,
109
235000
2000
морфологически и функционально,
04:12
to the membranes in your body,
110
237000
2000
на мембраны в вашем теле,
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
и мы их можем использовать, как говорят,
04:16
to form the body of our protocell.
112
241000
2000
для создания тела нашей протоклетки.
04:18
Likewise,
113
243000
1000
Точно так же,
04:19
we can work with oil and water systems.
114
244000
2000
мы можем работать с водными и жировыми системами.
04:21
As you know, when you put oil and water together,
115
246000
2000
Как вы знаете, когда вы помещаете жир и воду вместе,
04:23
they don't mix, but through self-assembly
116
248000
2000
они не смешиваются, но путем само-построения
04:25
we can get a nice oil droplet to form,
117
250000
2000
мы можем сделать так, чтобы капелька жира сформировалась,
04:27
and we can actually use this as a body for
118
252000
2000
и мы можем реально использовать ее как тело
04:29
our artificial organism or for our protocell,
119
254000
2000
для нашего искусственного организма или для нашей протоклетки,
04:31
as you will see later.
120
256000
2000
как вы увидите позже.
04:33
So that's just forming some body stuff, right?
121
258000
2000
То есть мы делаем какие-то тела, так?
04:35
Some architectures.
122
260000
2000
Некие конструкции.
04:37
What about the other aspects of living systems?
123
262000
2000
А как насчет других аспектов живых систем?
04:39
So we came up with this protocell model here
124
264000
2000
Итак, мы создали эту модель протоклетки,
04:41
that I'm showing.
125
266000
2000
которую я показываю.
04:43
We started with a natural occurring clay
126
268000
2000
Мы начали с встресчающейся в естественных условиях
04:45
called montmorillonite.
127
270000
2000
глины, называемой монтмориллонит.
04:47
This is natural from the environment, this clay.
128
272000
2000
Эта глина добывается естественным образом.
04:49
It forms a surface that is, say, chemically active.
129
274000
2000
Она создает поверхность, которая, скажем, химически активна.
04:51
It could run a metabolism on it.
130
276000
2000
На ней может происходить метаболизм.
04:53
Certain kind of molecules like to associate
131
278000
2000
Некоторые типы молекул любят связываться
04:55
with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red
132
280000
2000
с глиной. Например, в этом случае, РНК, показанная красным
04:57
-- this is a relative of DNA,
133
282000
2000
-- это родственник ДНК,
04:59
it's an informational molecule --
134
284000
2000
молекула, содержащая информацию --
05:01
it can come along and it starts to associate
135
286000
2000
она появляется и начинает взаимодействовать
05:03
with the surface of this clay.
136
288000
2000
с поверхностью этой глины.
05:05
This structure, then, can organize the
137
290000
2000
Эта структура, таким образом, может организовать
05:07
formation of a membrane boundary around
138
292000
2000
формирование мембранной границы
05:09
itself, so it can make a body of
139
294000
2000
вокруг себя, чтобы стать телом из
05:11
liquid molecules around itself, and that's
140
296000
2000
жидких молекул вокруг себя, и это
05:13
shown in green here on this micrograph.
141
298000
2000
показано зеленым в этом снимке микроскопа.
05:15
So just through self-assembly, mixing things
142
300000
2000
То есть просто через само-построение, смешивание вещей
05:17
together in the lab, we can come up with, say,
143
302000
3000
друг с другом в лаборатории, мы можем получить, например,
05:20
a metabolic surface with some
144
305000
2000
метаболическую поверхность с некоторыми
05:22
informational molecules attached
145
307000
2000
присоединенными информационными молекулами
05:24
inside of this membrane body, right?
146
309000
2000
внутри этого мембранного тела, не так ли?
05:26
So we're on a road towards living systems.
147
311000
4000
То есть мы находимся на дороге к живым системам.
05:30
But if you saw this protocell, you would not
148
315000
2000
Но если бы вы увидели эту протоклетку, вы не перепутали её
05:32
confuse this with something that was actually alive.
149
317000
2000
с чем-то, что реально является живым.
05:34
It's actually quite lifeless. Once it forms,
150
319000
2000
Она на самом деле довольно безжизненна. Когда она формируется,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
она реально ничего не делает.
05:38
So, something is missing.
152
323000
2000
То есть, чего-то не хватает.
05:40
Some things are missing.
153
325000
2000
Некоторых вещей не хватает.
05:42
So some things that are missing is,
154
327000
2000
Итак, некоторые из тех вещей, что не хватает,
05:44
for example, if you had a flow of energy
155
329000
2000
например, это, если бы у вас был поток энергии,
05:46
through a system, what we'd want
156
331000
2000
проходящий через систему, то мы бы хотели,
05:48
is a protocell that can harvest
157
333000
2000
чтобы протоклетка могла забирать для себя
05:50
some of that energy in order to maintain itself,
158
335000
2000
часть из этой энергии, чтобы поддерживать себя,
05:52
much like living systems do.
159
337000
2000
во многом как делают живые системы.
05:54
So we came up with a different protocell
160
339000
2000
Поэтому мы придумали другую модель протоклетки,
05:56
model, and this is actually simpler than the previous one.
161
341000
2000
и она на самом деле проще, чем предыдущая.
05:58
In this protocell model, it's just an oil droplet,
162
343000
2000
Эта модель протоклетки, это просто капля масла,
06:00
but a chemical metabolism inside
163
345000
2000
но химический метаболизм внутри
06:02
that allows this protocell to use energy
164
347000
2000
который позволяет этой протоклетке использовать энергию,
06:04
to do something, to actually become dynamic,
165
349000
3000
чтобы делать что-то, чтобы стать динамичной,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
как мы здесь увидим.
06:09
You add the droplet to the system.
167
354000
2000
Вы добавляете каплю в систему.
06:11
It's a pool of water, and the protocell
168
356000
2000
Это вода, и протоклетка
06:13
starts moving itself around in the system.
169
358000
2000
начинает двигаться по этой системе.
06:15
Okay? Oil droplet forms
170
360000
2000
Хорошо? Масляная капля формируется
06:17
through self-assembly, has a chemical
171
362000
2000
путем само-построения, имеет химический
06:19
metabolism inside so it can use energy,
172
364000
2000
метаболизм внутри, чтобы использовать энергию,
06:21
and it uses that energy to move itself
173
366000
2000
и она использует энергию чтобы передвигать себя
06:23
around in its environment.
174
368000
2000
по своей окружающей среде.
06:25
As we heard earlier, movement is very
175
370000
2000
Как мы слышали ранее, движение очень важно
06:27
important in these kinds of living systems.
176
372000
2000
в живых системах такого типа.
06:29
It is moving around, exploring its environment,
177
374000
2000
Она передвигается, изучает свою окружающую среду,
06:31
and remodeling its environment, as you see,
178
376000
2000
и ремоделирует свою среду, как вы видите,
06:33
by these chemical waves that are forming by the protocell.
179
378000
2000
вот этими химическими волнами, которые формируются протоклеткой.
06:35
So it's acting, in a sense, like a living system
180
380000
2000
То есть она действует, по сути, как живая система,
06:37
trying to preserve itself.
181
382000
3000
которая пытается себя сохранить.
06:40
We take this same moving protocell here,
182
385000
3000
Мы берем ту же самую двигающуюся протоклетку,
06:43
and we put it in another experiment,
183
388000
2000
и помещаем её в другую среду,
06:45
get it moving. Then I'm going
184
390000
2000
добиваемся чтобы она двигалась. А потом
06:47
to add some food to the system,
185
392000
2000
я добавлю немного пищи в систему,
06:49
and you'll see that in blue here, right?
186
394000
3000
и вы видите вот это в синем свете, не так ди?
06:52
So I add some food source to the system.
187
397000
2000
Итак, я добавляю источник пищи в систему.
06:54
The protocell moves. It encounters the food.
188
399000
2000
Протоклетка двигается. Она встречается с пищей.
06:56
It reconfigures itself and actually then
189
401000
2000
Она перестраивает себя, и затем реально
06:58
is able to climb to the highest concentration
190
403000
2000
имеет способность забраться в самую большую концентрацию
07:00
of food in that system and stop there.
191
405000
2000
пищи в этой системе и остановиться там.
07:02
Alright? So not only do we have this system
192
407000
2000
Неплохо? Значит у нас есть не просто эта система,
07:04
that has a body, it has a metabolism,
193
409000
2000
у которой есть тело, есть метаболизм,
07:06
it can use energy, it moves around.
194
411000
3000
она может использовать энергию, она двигается.
07:09
It can sense its local environment
195
414000
2000
Она может почувствовать свою окружающую среду,
07:11
and actually find resources
196
416000
2000
и реально найти ресурсы
07:13
in the environment to sustain itself.
197
418000
2000
в этой среде, чтобы поддержать себя.
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
Однако, у нее нет мозга, нет
07:17
a neural system. This is just a sack of
199
422000
2000
нервной системы. Это просто набор
07:19
chemicals that is able to have this interesting
200
424000
2000
химикатов, который может иметь такое интересное
07:21
and complex lifelike behavior.
201
426000
2000
и сложное, подобное жизни, поведение.
07:23
If we count the number of chemicals
202
428000
2000
Если мы посчитаем количество химикатов
07:25
in that system, actually, including the water
203
430000
2000
в этой системе, то реально, включая воду,
07:27
that's in the dish, we have five chemicals
204
432000
2000
которая находится в чаше, у нас пять химикатов,
07:29
that can do this.
205
434000
2000
которые могут это сделать.
07:31
So then we put these protocells together in a
206
436000
2000
Итак, затем мы соединяем эти протклетки вместе,
07:33
single experiment to see what they would do,
207
438000
2000
в едином эксперименте, чтобы увидеть, что они сделают,
07:35
and depending on the conditions, we have
208
440000
2000
и в зависимости от условий, у нас есть
07:37
some protocells on the left that are
209
442000
2000
несколько протоклеток слева, которые
07:39
moving around and it likes to touch the other
210
444000
2000
двигаются, и им нравится соприкасаться с другими
07:41
structures in its environment.
211
446000
2000
структурами в этой среде.
07:43
On the other hand we have two moving
212
448000
2000
С другой стороны, у нас есть две двигающиеся протоклетки,
07:45
protocells that like to circle each other,
213
450000
2000
которым нравится крутиться вокруг друг друга,
07:47
and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.
214
452000
2000
и они формируют что-то типа танца, сложного танца друг с другом.
07:49
Right? So not only do individual protocells
215
454000
2000
Так? Значит не только отдельные протоклетки
07:51
have behavior, what we've interpreted as
216
456000
2000
имеют поведение, то, что мы интерпретировали
07:53
behavior in this system, but we also have
217
458000
2000
как поведение, но у нас также есть
07:55
basically population-level behavior
218
460000
3000
по сути, поведение уровня популяции,
07:58
similar to what organisms have.
219
463000
3000
похожее на поведение организмов.
08:01
So now that you're all experts on protocells,
220
466000
3000
Теперь, когда вы все стали экспертами по протоклеткам,
08:04
we're going to play a game with these protocells.
221
469000
2000
мы поиграем в игру с этими протоклетками.
08:06
We're going to make two different kinds.
222
471000
2000
Мы сделаем два разных типа.
08:08
Protocell A has a certain kind of chemistry
223
473000
3000
У протоклетки А есть определенная химическая
08:11
inside that, when activated, the protocell
224
476000
2000
система внутри, которая, когда активируется,
08:13
starts to vibrate around, just dancing.
225
478000
2000
протоклетка начинает вибрировать вокруг, просто танцевать.
08:15
So remember, these are primitive things,
226
480000
2000
Запомните, это примитивные вещи,
08:17
so dancing protocells, that's very
227
482000
2000
поэтому танцующие протоклетки
08:19
interesting to us. (Laughter)
228
484000
2000
это для нас очень интересно.
08:21
The second protocell has a different
229
486000
2000
У второй протоклетки внутри другая химия,
08:23
chemistry inside, and when activated,
230
488000
2000
и когда она активирована,
08:25
the protocells all come together and they fuse
231
490000
2000
то протоклетки все собираются и сливаются
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
в одну большую клетку. Понятно?
08:29
And we just put these two together
233
494000
2000
И мы просто помещаем эти два типа вместе
08:31
in the same system.
234
496000
2000
в одну систему.
08:33
So there's population A,
235
498000
2000
И вот есть популяция А,
08:35
there's population B, and then
236
500000
2000
есть популяция В, и затем
08:37
we activate the system,
237
502000
2000
мы активируем систему,
08:39
and protocell Bs, they're the blue ones,
238
504000
2000
и протоклетки В, они голубого цвета,
08:41
they all come together. They fuse together
239
506000
2000
они соединяются. Они сливаются,
08:43
to form one big blob, and the other protocell
240
508000
2000
чтобы сформировать одну большую каплю, и другая протоклетка
08:45
just dances around. And this just happens
241
510000
2000
просто танцует вокруг. И это просто происходит
08:47
until all of the energy in the system is
242
512000
2000
до тех пор, пока энергия в системе
08:49
basically used up, and then, game over.
243
514000
3000
полностью использована, и тогда, конец игры.
08:52
So then I repeated this experiment
244
517000
2000
Затем я повторил эксперимент
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
несколько раз, и один раз
08:56
something very interesting happened.
246
521000
2000
произошло что-то интересное.
08:58
So, I added these protocells together
247
523000
2000
Итак, я совместил эти протоклетки вместе,
09:00
to the system, and protocell A and protocell B
248
525000
2000
в одной системе, и протоклетка А и протоклетка В
09:02
fused together to form a hybrid protocell AB.
249
527000
2000
слились вместе, чтобы сформировать гибридную протоклетку АВ.
09:04
That didn't happen before. There it goes.
250
529000
2000
Этого раньше не происходило. И вот оно происходит.
09:06
There's a protocell AB now in this system.
251
531000
3000
Теперь в этой системе есть протоклетка АВ.
09:09
Protocell AB likes to dance around for a bit,
252
534000
3000
Протоклетке АВ нравится танцевать вокруг какое-то время,
09:12
while protocell B does the fusing, okay?
253
537000
3000
пока протоклетка В занимается слиянием, так?
09:15
But then something even more interesting happens.
254
540000
3000
Но потом что-то происходит еще более интересное.
09:18
Watch when these two large protocells,
255
543000
2000
Следите за тем, когда эти две большие протоклетки,
09:20
the hybrid ones, fuse together.
256
545000
2000
гибридные, сольются вместе.
09:22
Now we have a dancing protocell
257
547000
3000
Теперь у нас есть танцующая протоклетка,
09:25
and a self-replication event. Right. (Laughter)
258
550000
4000
и повторяющий себя момент. Вот так. (Смех)
09:29
Just with blobs of chemicals, again.
259
554000
2000
И снова, только с каплями химических элементов.
09:31
So the way this works is, you have
260
556000
2000
И таким образом это работает, у вас есть
09:33
a simple system of five chemicals here,
261
558000
2000
простая система из пяти химикатов,
09:35
a simple system here. When they hybridize,
262
560000
2000
вот здесь, простая система. Когда они гибридизируются,
09:37
you then form something that's different than
263
562000
2000
у вас затем получается то, что отличается от предыдущего,
09:39
before, it's more complex than before,
264
564000
2000
оно более сложное чем предыдущее,
09:41
and you get the emergence of another kind of
265
566000
2000
и у вас получается появление другого вида
09:43
lifelike behavior which
266
568000
2000
подобного жизни поведения, который
09:45
in this case is replication.
267
570000
2000
в этом случае - размножение.
09:47
So since we can make some interesting
268
572000
2000
Значит, так как мы можем сделать всякие интересные
09:49
protocells that we like, interesting colors and
269
574000
2000
протоклетки, которые нам нравятся, с интересными цветами
09:51
interesting behaviors, and they're very easy
270
576000
2000
и с интересным поведением, и их легко сделать
09:53
to make, and they have interesting lifelike
271
578000
2000
и у них есть интересные подобные жизни
09:55
properties, perhaps these protocells have
272
580000
3000
качества, то возможно эти протоклетки могут
09:58
something to tell us about the origin of life
273
583000
2000
что-то нам сказать о происхождении жизни
10:00
on the Earth. Perhaps these represent an
274
585000
2000
на планете Земля. Возможно они представляют
10:02
easily accessible step, one of the first steps
275
587000
2000
тот легкодоступный шаг, один из первых шагов,
10:04
by which life got started on the early Earth.
276
589000
3000
которыми жизнь началась на ранней планете Земля.
10:07
Certainly, there were molecules present on
277
592000
2000
Конечно, на ранней планете Земля
10:09
the early Earth, but they wouldn't have been
278
594000
2000
присутствовали молекулы, но они вряд ли были бы
10:11
these pure compounds that we worked with
279
596000
2000
этими чистыми структурами, с которыми мы работаем
10:13
in the lab and I showed in these experiments.
280
598000
2000
в лаборатории и что я показывал в этих экспериментах.
10:15
Rather, they'd be a real complex mixture of
281
600000
2000
Скорее, они были бы действительно сложной смесью
10:17
all kinds of stuff, because
282
602000
2000
всего на свете, потому что
10:19
uncontrolled chemical reactions produce
283
604000
2000
неконтролируемые химические реакции производят
10:21
a diverse mixture of organic compounds.
284
606000
2000
разнообразную смесь органических соединений.
10:23
Think of it like a primordial ooze, okay?
285
608000
3000
Думайте об этом, как о первобытном болоте, хорошо?
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully
286
611000
2000
И это водоём, который слишком сложно полностью
10:28
characterize, even by modern methods, and
287
613000
2000
охарактеризовать, даже современными методами,
10:30
the product looks brown, like this tar here
288
615000
2000
и продукт выглядит коричневым, как вот эта смола
10:32
on the left. A pure compound
289
617000
2000
вот здесь слева. Чистое соединение
10:34
is shown on the right, for contrast.
290
619000
2000
показано справа, для контраста.
10:36
So this is similar to what happens when you
291
621000
2000
Итак, это похоже на то, что происходит с вами
10:38
take pure sugar crystals in your kitchen,
292
623000
2000
когда вы берете чистые кристаллы сахара у себя на кухне,
10:40
you put them in a pan, and you apply energy.
293
625000
2000
помещаете их в кастрюлю, и применяете энергию.
10:42
You turn up the heat, you start making
294
627000
2000
Вы включаете нагрев, вы начинаете создавать
10:44
or breaking chemical bonds in the sugar,
295
629000
2000
и разрушать химические связи в сахаре,
10:46
forming a brownish caramel, right?
296
631000
2000
и получается коричневатая карамель, не так ли?
10:48
If you let that go unregulated, you'll
297
633000
2000
Если бы вы оставили это без присмотра, то
10:50
continue to make and break chemical bonds,
298
635000
2000
вы бы продолжали создавать и разрушать химические связи
10:52
forming an even more diverse mixture of
299
637000
2000
создавая еще более разнообразную смесь
10:54
molecules that then forms this kind of black
300
639000
2000
молекул, которая затем формирует такую черную
10:56
tarry stuff in your pan, right, that's
301
641000
2000
смолистую фигню в вашей кастрюле, да, которую
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
сложно отмыть потом. Итак это то,
11:00
the origin of life would have looked like.
303
645000
2000
как выглядело бы происхождение жизни.
11:02
You needed to get life out of this junk that
304
647000
2000
Нужно было вытащить жизнь из этого мусора,
11:04
is present on the early Earth,
305
649000
2000
который существовал на ранней планете Земля,
11:06
four, 4.5 billion years ago.
306
651000
2000
четыре с половиной миллиарда лет назад.
11:08
So the challenge then is,
307
653000
2000
Значит, сложной задачей здесь является
11:10
throw away all your pure chemicals in the lab,
308
655000
2000
отбрасывание всех наших чистых химикатов в лаборатории,
11:12
and try to make some protocells with lifelike
309
657000
2000
и попытка создать некие протоклетки с подобными жизни
11:14
properties from this kind of primordial ooze.
310
659000
3000
качествами из этого первобытного болота.
11:17
So we're able to then see the self-assembly
311
662000
2000
И тогда мы снова увидим само-воспроизведение
11:19
of these oil droplet bodies again
312
664000
2000
этих тех из масляных капель,
11:21
that we've seen previously,
313
666000
2000
которое мы видели ранее,
11:23
and the black spots inside of there
314
668000
2000
и черные точки внутри
11:25
represent this kind of black tar -- this diverse,
315
670000
2000
представляют такого типа черную смолу -- это разнообразную,
11:27
very complex, organic black tar.
316
672000
2000
очень сложную, органическую черную смолу.
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
И мы помещаем их в один из этих
11:31
experiments, as you've seen earlier, and then
318
676000
2000
экспериментов, как вы видели раньше, и потом
11:33
we watch lively movement that comes out.
319
678000
2000
мы наблюдаем за тем живым движением, которое получается.
11:35
They look really good, very nice movement,
320
680000
2000
Они выглядят очень хорошо, очень приятные движения,
11:37
and also they appear to have some kind of
321
682000
2000
и они похоже, имеют что-то похожее на
11:39
behavior where they kind of circle
322
684000
2000
поведение, когда они крутятся
11:41
around each other and follow each other,
323
686000
3000
друг вокруг друга и следуют друг за другом,
11:44
similar to what we've seen before -- but again,
324
689000
2000
похоже на то, что мы видели ранее -- и опять же,
11:46
working with just primordial conditions,
325
691000
2000
работа только с первобытными условиями,
11:48
no pure chemicals.
326
693000
2000
без чистых химикатов.
11:50
These are also, these tar-fueled protocells,
327
695000
2000
И эти тоже, эти наполненные смолой протоклетки,
11:52
are also able to locate resources
328
697000
2000
могут найти местонахождение ресурсов
11:54
in their environment.
329
699000
1000
в своей окружающей среде.
11:55
I'm going to add some resource from the left,
330
700000
2000
Я собираюсь добавить слева немного ресурсов,
11:57
here, that defuses into the system,
331
702000
2000
вот, это растворяется в системе,
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
и как вы видите, им это очень нравится.
12:01
They become very energetic, and able
333
706000
2000
Они становятся очень энергичными, и могут
12:03
to find the resource in the environment,
334
708000
2000
найти ресурс в окружающей среде,
12:05
similar to what we saw before.
335
710000
2000
схоже с тем, что мы видели ранее.
12:07
But again, these are done in these primordial
336
712000
2000
Но опять же, это происходит в этих первобытных
12:09
conditions, really messy conditions,
337
714000
2000
условиях, реально беспорядочных условиях,
12:11
not sort of sterile laboratory conditions.
338
716000
2000
не то что стерильные лабораторные условия.
12:13
These are very dirty little protocells,
339
718000
2000
Это очень грязные маленькие протоклетки,
12:15
as a matter of fact. (Laughter)
340
720000
2000
между прочим. (Смех)
12:17
But they have lifelike properties, is the point.
341
722000
3000
Но у них есть качества, подобные жизни, и в этом суть.
12:20
So, doing these artificial life experiments
342
725000
3000
То есть, проводя эти искусственные эксперименты
12:23
helps us define a potential path between
343
728000
3000
мы помогаем определить потенциальную тропу между
12:26
non-living and living systems.
344
731000
3000
живыми и неживыми системами.
12:29
And not only that, but it helps us
345
734000
2000
И не только это, но это также помогает нам
12:31
broaden our view of what life is
346
736000
2000
расширить наш взгляд на то, что такое жизнь
12:33
and what possible life there could be
347
738000
2000
и какая возможная жизнь может быть там --
12:35
out there -- life that could be very different
348
740000
2000
жизнь, которая может сильно отличаться
12:37
from life that we find here on Earth.
349
742000
3000
от жизни, которую мы находим здесь на Земле.
12:40
And that leads me to the next
350
745000
2000
И это приводит меня к следующему
12:42
term, which is "weird life."
351
747000
2000
определению, которое звучит как "странная жизнь".
12:44
This is a term by Steve Benner.
352
749000
3000
Это определение, данное Стивом Беннером.
12:47
This is used in reference to a report
353
752000
2000
Оно используется в ссылке на отчет от 2007 года
12:49
in 2007 by the National Research Council
354
754000
2000
сделанный Национальным Исследовательским Советом
12:51
in the United States, wherein
355
756000
2000
Соединенных Штатов, в котором
12:53
they tried to understand how we can
356
758000
2000
они пытались понять как мы можем
12:55
look for life elsewhere in the universe, okay,
357
760000
2000
искать жизнь где-либо еще во вселенной, да
12:57
especially if that life is very different from life
358
762000
2000
особенно если эта жизнь очень отличается от жизни
12:59
on Earth. If we went to another planet and
359
764000
3000
на Земле. Если бы мы полетели на другую планету
13:02
we thought there might be life there,
360
767000
2000
и думали, что там может быть жизнь,
13:04
how could we even recognize it as life?
361
769000
2000
то как мы можем узнать, определить, что это жизнь?
13:06
Well, they came up with three very general
362
771000
2000
Ну, они придумывают три очень общих
13:08
criteria. First is -- and they're listed here.
363
773000
2000
критерия. Первый -- вот они здесь приведены.
13:10
The first is, the system has to be in
364
775000
2000
Первый, которым должна обладать система -
13:12
non-equilibrium. That means the system
365
777000
2000
отсутствие равновесия. Это значит, что система
13:14
cannot be dead, in a matter of fact.
366
779000
1000
не может умереть, на самом деле.
13:15
Basically what that means is, you have
367
780000
2000
По сути, это значит, что у нас есть
13:17
an input of energy into the system that life
368
782000
2000
входящяя энергия в систему, которую жизнь
13:19
can use and exploit to maintain itself.
369
784000
3000
может использовать и эксплуатировать для поддержания себя.
13:22
This is similar to having the Sun shining
370
787000
2000
Это похоже на то, как Солнце светит
13:24
on the Earth, driving photosynthesis,
371
789000
2000
на Землю, питая фотосинтез,
13:26
driving the ecosystem.
372
791000
2000
предоставляя энергию экосистеме.
13:28
Without the Sun, there's likely to be
373
793000
2000
Без Солнца, скорее всего
13:30
no life on this planet.
374
795000
2000
на планете не было бы жизни.
13:32
Secondly, life needs to be in liquid form,
375
797000
2000
Во-вторых, жизнь должна быть в жидком виде,
13:34
so that means even if we had some
376
799000
2000
то есть это значит, что даже если бы у нас были
13:36
interesting structures, interesting molecules
377
801000
2000
некие интересные структуры, интересные молекулы,
13:38
together but they were frozen solid,
378
803000
2000
вместе, но они были замороженными напрочь,
13:40
then this is not a good place for life.
379
805000
2000
а это не очень хорошее место для жизни.
13:42
And thirdly, we need to be able to make
380
807000
2000
В-третьих, нам необходимо иметь возможность создавать
13:44
and break chemical bonds. And again
381
809000
2000
и разрушать химические связи. И опять же,
13:46
this is important because life transforms
382
811000
2000
это важно, потому что жизнь трансформирует
13:48
resources from the environment into
383
813000
2000
ресурсы из окружающей среды в некий
13:50
building blocks so it can maintain itself.
384
815000
2000
строительный материал для поддержания себя.
13:52
Now today, I told you about very strange
385
817000
2000
Сегодня я рассказал вам об очень странных
13:54
and weird protocells -- some that contain clay,
386
819000
2000
и необычных протоклетках - какие-то содержат глину,
13:56
some that have primordial ooze in them,
387
821000
3000
какие-то имеют в себе первобытное болото,
13:59
some that have basically oil
388
824000
2000
у некоторых из них по сути внутри масло
14:01
instead of water inside of them.
389
826000
2000
вместо воды.
14:03
Most of these don't contain DNA,
390
828000
2000
Большинство из них не содержат ДНК,
14:05
but yet they have lifelike properties.
391
830000
2000
но все же обладают подобными жизни качествами.
14:07
But these protocells satisfy
392
832000
3000
Но эти протоклетки удовлетворяют
14:10
these general requirements of living systems.
393
835000
3000
общих требованиям к живым системам.
14:13
So by making these chemical, artificial
394
838000
2000
То есть путем этих экспериментов по созданию
14:15
life experiments, we hope not only
395
840000
2000
химической, искусственной жизни, мы надеемся не только
14:17
to understand something fundamental
396
842000
2000
понять что-то фундаментальное
14:19
about the origin of life and the existence
397
844000
2000
о происхождении жизни и существования
14:21
of life on this planet, but also
398
846000
2000
жизни на этой планете, но также
14:23
what possible life there could be
399
848000
2000
понять, какая другая возможная жизнь
14:25
out there in the universe. Thank you.
400
850000
3000
существует во Вселенной. Спасибо.
14:28
(Applause)
401
853000
4000
(Аплодисменты)
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