Τι είναι η ζωή?

Οι επιστήμονες δεν συμφωνούν πραγματικά σε έναν ορισμό της ζωής. Μπορεί να αναγνωρίζουμε τη ζωή ενστικτωδώς τις περισσότερες φορές, αλλά κάθε φορά που προσπαθούμε να την αποτυπώσουμε με καθορισμένα κριτήρια, κάποιο επίμονο αντιπαράδειγμα χαλάει την προσπάθεια. Ωστόσο, μπορούμε πραγματικά να αναζητήσουμε ζωή σε άλλους κόσμους ή να κατανοήσουμε τα πρώτα στάδια της ζωής σε αυτόν τον πλανήτη, αν δεν ξέρουμε τι να αναζητήσουμε; Σε αυτό το επεισόδιο, ο Steven Strogatz μιλά με τον Robert Hazen, έναν ορυκτολόγο, αστροβιολόγο και ανώτερο επιστήμονα στο Εργαστήριο Γης και Πλανητών του Ινστιτούτου Carnegie, μαζί με τον Sheref Mansy, καθηγητή χημείας στο Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα, για να μάθει περισσότερα για το πώς οι νέες ταξινομίες και μια "κυτταρική δοκιμή Turing" θα μπορούσε να μας βοηθήσει να απαντήσουμε σε αυτή τη βασική ερώτηση.

Ακούστε στο Apple Podcasts, το Spotify, το Google Podcasts, το Stitcher, το TuneIn ή την αγαπημένη σας εφαρμογή podcasting ή μπορείτε να το κάνετε ροή από το Quanta .

Μεταγραφή

Στίβεν Στρόγκατζ (00:02):Είμαι ο Steve Strogatz, και αυτό είναι The Joy of Why , ένα podcast από το Quanta Magazine που σας οδηγεί σε μερικές από τις μεγαλύτερες αναπάντητα ερωτήματα στα μαθηματικά και τις επιστήμες σήμερα.

Σε αυτό το επεισόδιο, θα μιλήσουμε για το τι σημαίνει να είσαι ζωντανός. Τι είναι η ζωή? Μπορείτε να το ορίσετε; Οι επιστήμονες στην πραγματικότητα δεν συμφωνούν σε έναν ορισμό. Ακούγεται περίεργο, σωστά; Θέλω να πω, οι περισσότεροι από εμάς θα λέγαμε με κάποια σιγουριά ότι ένα πουλί είναι ζωντανό και μια καρέκλα όχι. Αλλά πηγαίνοντας βαθύτερα, οι επιστήμονες θέτουν ερωτήματα όπως αυτό:Για να θεωρηθεί ότι είναι ζωντανό, πρέπει κάτι να μπορεί να αναπαραχθεί; Πρέπει να είναι προϊόν εξέλιξης μέσω της φυσικής επιλογής; Χρειάζεται να έχει μεταβολισμό και να μπορεί να επεξεργάζεται ενέργεια;

(00:51) Οποιοσδήποτε ορισμός σύμφωνα με αυτές τις γραμμές είναι γεμάτος εξαιρέσεις. Για παράδειγμα, είναι ζωντανός ένας ιός; Λοιπόν, οι ιοί εξελίσσονται, αλλά δεν αναπαράγονται μόνοι τους. Χρησιμοποιούν τον κυψελοειδές μηχανισμό του ξενιστή για να δημιουργήσουν περισσότερα αντίγραφα του εαυτού τους. Το ερώτημα του τι είναι ζωή έχει επίσης σημασία, γιατί αν πρόκειται να αναζητήσουμε ζωή σε άλλους πλανήτες, δεν χρειάζεται να έχουμε τουλάχιστον κάποια ιδέα για το τι ψάχνουμε;

(01:15) Αργότερα σε αυτό το επεισόδιο, θα ακούσουμε τον Sheref Mansy, καθηγητή χημείας στο τμήμα χημείας στο Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα. Πρώτος, όμως, μαζί μου τώρα είναι ο Robert Hazen. Είναι ορυκτολόγος, αστροβιολόγος και ανώτερος επιστήμονας στο Εργαστήριο Γης και Πλανητών του Ινστιτούτου Carnegie. Bob, ευχαριστούμε πολύ που ήρθατε σήμερα μαζί μας.

Ρόμπερτ Χέιζεν (01:38):Ω, είναι απόλαυση. Ευχαριστώ πολύ, Steve.

Strogatz (01:40):Τέλεια. Λοιπόν, ας μεταβούμε αμέσως σε αυτό. Γιατί είναι τόσο δύσκολο για τους επιστήμονες να συμφωνήσουν σε κάτι που, από κοινή λογική, οι περισσότεροι άνθρωποι θα έλεγαν ότι έχουν ήδη καταλάβει; Όπως, ξέρουμε ότι ένα φυτό είναι ζωντανό και ένας βράχος όχι. Γιατί είναι τόσο δύσκολο να καταλήξουμε σε κάποια συμφωνία σχετικά με τον ορισμό της ζωής;

Hazen (01:57):Ναι, φαίνεται περίεργο, έτσι δεν είναι; Γιατί όλοι γνωρίζουμε πράγματα που είναι ζωντανά. Και όλοι γνωρίζουμε πράγματα που δεν είναι ζωντανά. Κι όμως, είναι αυτή η γκρίζα περιοχή στο ενδιάμεσο. Έτσι, όταν αρχίζουμε να λέμε, αυτό είναι ζωντανό και αυτό είναι νεκρό, αυτό είναι εντάξει. Αλλά όταν λέτε ότι όλα πρέπει να είναι ζωντανά ή νεκρά, δημιουργείτε μια ψεύτικη διχογνωμία. Επειδή η ταξινόμηση του τι σημαίνει να είσαι ζωντανός, νομίζω ότι είναι πολύ, πολύ πιο πλούσια από απλώς νεκρό ή ζωντανό.

Στρογκάτζ :Χμμ. Πώς ναι;

Hazen (02:29):Λοιπόν, σκεφτείτε το, έχετε μια προέλευση ζωής. Λοιπόν, αυτή είναι μια πολύ καλή μέτρηση. Υπήρξε ένα σημείο στην ιστορία της Γης μας όταν δεν υπήρχε ούτε ένα ζωντανό πράγμα. Ήταν μια εκρηκτική επιφάνεια, ήταν καλυμμένη με ηφαίστεια και μάγμα, και ήταν βασικά αφιλόξενη. Δεν υπήρχε μέρος όπου η ζωή μπορούσε να πάρει έστω και ένα μικροσκοπικό στήριγμα. Αλλά σταδιακά, καθώς η Γη ψύχθηκε, καθώς σχηματίστηκαν οι ωκεανοί, καθώς η ατμόσφαιρα γινόταν πιο εύγευστη για κάποιο είδος ζωντανού οργανισμού, πιστεύουμε ότι υπήρχε μια διαδικασία. Μια ιστορική διαδικασία, η προέλευση της ζωής, κατά την οποία τα χημικά συστήματα έγιναν σταδιακά πιο περίπλοκα, έγινε πιο ενδιαφέρουσα. Και κάποια στιγμή, ναι, υπήρχε ένα πρώτο κύτταρο που πιθανότατα είχε πρωτεΐνες και DNA. Αλλά έπρεπε να υπάρχει κάτι πριν από αυτό, και πού τραβάτε τη γραμμή; Απλώς είναι δύσκολο να πούμε ότι υπάρχει ένα απόλυτο σημείο στο χώρο και στο χρόνο όταν δεν υπήρχε ζωή και μετά υπήρχε το επόμενο σημείο στο χώρο και στο χρόνο.

Strogatz (03:26):Ενδιαφέρον, ενδιαφέρον. Έτσι, όπως το διατυπώνετε, ακούγεται ότι είναι θέμα χημικής πολυπλοκότητας ή κάτι τέτοιο.

Hazen (03:34):Είναι θέμα χημικής πολυπλοκότητας. Αλλά είναι επίσης ένα πολύ πιο βασικό ζήτημα ταξινόμησης. Ξέρετε, είναι τόσο εύκολο για τους ανθρώπους να σκέφτονται με διχοτομίες. Καλό κακό; μαύρο άσπρο; μέρα νύχτα. Αυτά είναι πράγματα που κάνουν τη ζωή απλή. Σημαίνει ότι μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε τα πράγματα πολύ, πολύ γρήγορα. Και στην αρχή της ανθρώπινης ιστορίας, αυτός ήταν ο αμυντικός μηχανισμός, γιατί έπρεπε να πάρεις αποφάσεις πολύ, πολύ γρήγορα. Είτε επρόκειτο να σφίξετε το χέρι αυτού του ατόμου είτε όχι να του ρίξετε ένα βέλος. Χρειαζόταν λοιπόν να λάβουμε αυτές τις αποφάσεις.

Αλλά δεν χρειάζεται να το κάνουμε αυτό όταν σκεφτόμαστε τα μεγαλύτερα ζητήματα του φυσικού κόσμου. Ο φυσικός κόσμος είναι εκπληκτικά περίπλοκος και περίπλοκος. Και το πώς προκύπτουν αυτά τα πολύπλοκα χημικά συστήματα και σε ποιο σημείο ένα σύνθετο χημικό σύστημα είναι κάτι που πραγματικά θα ονομάζουμε ζωντανό, δεν είναι καθόλου προφανές.

Strogatz (04:24):Λοιπόν, καταλαβαίνω την άποψή σας για τη γκρίζα ζώνη. Θέλω να πω, είναι — το ασπρόμαυρο είναι συνήθως πολύ απλό, εφαρμόζεται σχεδόν σε οτιδήποτε. Ότι πάντα υπάρχουν κάποιες — κάποια ασάφεια στο ενδιάμεσο. Ωστόσο, ας πούμε, στην περίπτωση διαστημικών αποστολών που η NASA εκτελεί, ίσως και στο μέλλον, θα προσπαθήσουμε - ή ακόμα και με προηγούμενες αποστολές, όταν στείλαμε ανιχνευτές στον Άρη και κάτι τέτοιο, υπήρχε μια αναζήτηση να δούμε αν μπορούσαμε να εντοπίσουμε τη ζωή. Και έτσι, θα σκεφτόσασταν για να απαντήσετε σε αυτό το ερώτημα αντικειμενικά, πρέπει να έχετε κάποια κριτήρια για το τι εννοείτε — το βρήκατε ή όχι;

Hazen (04:56):Και η NASA το έκανε. Η NASA είχε κριτήρια. Και κυρίως, έχει να κάνει με αυτό που θα έλεγα χημικές ιδιοσυγκρασίες. Έτσι, οργανικά μόρια, μόρια κατασκευασμένα με ραχοκοκαλιά άνθρακα, βρίσκονται παντού στον κόσμο. Οπουδήποτε υπάρχει άνθρακας, παίρνετε αυτό το πράγμα που ονομάζεται "οργανική χημεία". Πολλά διαφορετικά είδη μορίων, είναι απλώς ένα συνονθύλευμα, ένας πολτός από αυτά τα πράγματα [που] σχηματίζονται.

(05:21):Αλλά η ζωή είναι πολύ, πολύ ιδιαίτερη. Και ένα πράγμα που νομίζω ότι μπορούμε να πούμε είναι ότι, αν κάτι είναι ζωντανό, θα αφιερώσει την ενέργειά του στη δημιουργία μερικών μορίων που λειτουργούν πολύ καλά. Και αγνοώντας τον τεράστιο αριθμό μορίων που δεν κάνουν πολλά. Έτσι, εάν έχετε ένα σύστημα που έχει το βιολογικό αποτύπωμα, θα δείξει πολύ συγκεκριμένες ομάδες μορίων. Ίσως τα μόρια που ονομάζονται «χειρικά» ή αριστερόχειρα και δεξιόχειρα, ίσως θα έχετε την υπεροχή μόνο του αριστερόχειρα ή απλώς του δεξιόχειρα μορίου. Ίσως θα έχετε μόνο σειρές άνθρακα που έχουν πολλαπλάσια του 2, 2-4-6-8, αντί όλων των άλλων περιττών αριθμών επίσης. Ίσως θα έχετε κάποιο άλλο χαρακτηριστικό που δεν θα σχηματιζόταν μόνο από μια τυχαία διαδικασία, αλλά από μια επιλεκτική διαδικασία. Αυτό έψαχνε λοιπόν η NASA. Και νομίζω ότι αυτό είναι έξυπνο.

Strogatz (06:13):Αυτό είναι πολύ ενδιαφέρον. Η ιδέα της χημικής επιλεκτικότητας, λέτε, θα μπορούσε ή τουλάχιστον είχε προταθεί από τη NASA για να είναι μια δυνατή — λοιπόν, σήμερα, μιλάμε για βιουπογραφές, δεν ξέρω αν αυτή θα ήταν η γλώσσα που θα χρησιμοποιούσαν εκείνη την εποχή .

Hazen (06:26):Ναι, ακριβώς σωστά. Ότι ψάχνετε για βιουπογραφές. Οπότε νομίζω ότι αν δείτε αυτές τις χημικές ιδιοσυγκρασίες, μπορείτε να πείτε, ουάου, κάτι πραγματικά ενδιαφέρον συνέβη εδώ. Και δεν μοιάζει απλώς με την κανονική φυσική διαδικασία, φαίνεται ότι υπήρχε κάποια πραγματική επιλογή για λειτουργία. Μόρια που έκαναν δουλειά, ξέρετε, μεταβολίζονταν ή αυτά, βοηθούν στη δημιουργία ισχυρών κυτταρικών δομών ή κάτι τέτοιο. Λοιπόν, νομίζω ότι αυτό έψαχναν.

(06:56) Αλλά το γεγονός είναι ότι αυτό δεν καθορίζει τη ζωή, έτσι δεν είναι; Απλώς λέει, ψάχνουμε για κάτι που πιστεύουμε ότι είναι χαρακτηριστικό του είδους της ζωής που γνωρίζουμε. Πόσα άλλα είδη ζωής μπορεί να υπάρχουν εκεί έξω; Και, και αυτό είναι κάτι που απλά δεν γνωρίζουμε. Δεν έχουμε αρκετές πληροφορίες για να δημιουργήσουμε μια ταξινόμηση. Για να πούμε, αυτά τα πράγματα είναι ζωντανά και αυτά τα πράγματα είναι νεκρά, και αυτά τα πράγματα έχουν μερικά άλλα ενδιαφέροντα χημικά χαρακτηριστικά που μπορεί να είναι ζωντανά, αλλά δεν μας φτάνουν εκεί.

Strogatz (07:23):Τι θα ήταν λοιπόν κάποια άλλα, εκτός από λειτουργικά;

Hazen (07:27):Υπάρχουν χημικά συστήματα που μπορεί να είναι σε θέση να κάνουν ακριβή αντίγραφα του εαυτού τους, αλλά δεν θα υποστούν μετάλλαξη και φυσική επιλογή. Υπάρχουν χημικά συστήματα που μπορεί να διαμορφώσουν τον εαυτό τους, έτσι μεγαλώνουν πλευρικά, και γίνονται όλο και μεγαλύτερα και φαίνονται να μεγαλώνουν, αλλά δεν έχουν πραγματικά αυτό το χαρακτηριστικό να περικλείουν μια ξεχωριστή οντότητα που θεωρούμε ότι είναι ζωντανή. Αλλά είναι όλα ενδιαφέροντα συστήματα και όλα αποτελούν μέρος ενός είδους συνέχειας χημικής πολυπλοκότητας. Και για μένα, η πολύ πιο ενδιαφέρουσα πρόκληση είναι να αναπτύξω αυτήν την ταξινόμηση.

(08:02) Τώρα, σκεφτείτε το σύστημα ταξινόμησης των Λινναίων, όπου έχετε βασίλεια και κάτω από τα βασίλεια, έχετε phyla, έχετε εντολές και ούτω καθεξής. Λοιπόν, ίσως στην ταξινόμηση της χημικής πολυπλοκότητας μας, θα είχαμε ένα βασίλειο μη ζωντανών πραγμάτων και το βασίλειο των ζωντανών όντων και θα είχαμε ένα βασίλειο διφορούμενων πραγμάτων. Και μετά, κάτω από αυτό, θα είχαμε ένα σωρό άλλες υποκατηγορίες και υποτύπους, και θα αρχίζαμε να συνειδητοποιούμε ότι το σύμπαν είναι ένα καταπληκτικό και υπέροχο μέρος και ότι η χημεία κάνει απλά εξαιρετικά πράγματα, μερικά από τα οποία ονομάζουμε ζωή.

Strogatz (08:36):Λοιπόν, δώσατε έμφαση στη χημεία μέχρι τώρα, κάτι που είναι ενδιαφέρον για μένα, δεδομένου ότι σας θεωρώ άτομο με μεγάλη εξειδίκευση στην ορυκτολογία και τη γεωλογία. Τι γίνεται με αυτά τα χωράφια; Πώς επικαλύπτονται αυτά σε αυτήν την πολύ εκτεταμένη εικόνα του ζητήματος της ζωής και άλλων ενδιαφέροντων φαινομένων;

Hazen (08:55):Είναι μια πολύ καλή ερώτηση. Και πηγαίνει σε μια πιο θεμελιώδη πτυχή της ανθρώπινης φύσης.

Ναι, έχω εκπαιδευτεί στη γεωλογία και την ορυκτολογία, επομένως βλέπω την προέλευση της ζωής με όρους γεωλογίας και ορυκτολογίας ή γεωχημείας. Είναι μια διαδικασία χημικής πολυπλοκοποίησης. Ότι η προέλευση της ζωής συνέβη σε έναν μη ζωντανό πλανήτη, που σημαίνει ότι αυτό που είχατε είναι η γεωλογία και η χημεία. Δεν είχες ζωή. Προσπαθούσες να ξεκινήσεις τη ζωή, κατά μία έννοια. Αυτή είναι λοιπόν η αντίληψή μου. Άλλοι άνθρωποι, όπως ο Sheref, με τον οποίο θα μιλήσετε, εννοώ ότι έχει πολύ περισσότερο βιοχημικό υπόβαθρο. Και έτσι σκέφτεται πολύ βαθιά για το DNA και το RNA και τις πληροφορίες, αυτή είναι μια άλλη πτυχή της ζωής όπως την ξέρουμε. Διαβίβαση πληροφοριών από τη μια γενιά στην άλλη και αποθήκευση και αντιγραφή τους. Αγόρι, αυτό είναι μια μοριακή πρόκληση.

(09:44) Και μπορώ να φανταστώ μερικά πραγματικά ενδιαφέροντα χημικά συστήματα, μερικά από τα οποία μπορεί να έχουν χαρακτηριστικά που θεωρούμε ότι είναι αληθινά, αλλά δεν φέρουν απαραίτητα πληροφορίες. Είναι απλώς χημικά συστήματα που, λόγω της φύσης των ίδιων των μορίων, απλώς αναδιοργανώνονται με συναρπαστικούς τρόπους. Υπάρχουν λοιπόν τόσα πολλά χαρακτηριστικά σε αυτό και σε μένα, προσπαθώντας να εντοπίσω ένα πολύ συγκεκριμένο σύνολο κριτηρίων και να πω, «αυτή είναι η ζωή και όλα τα άλλα δεν είναι» — καταργεί τον σκοπό της εξερεύνησης του θαύματος της φύσης, που από μόνη της είναι τόσο απείρως ποικίλη και πολύπλοκη. Η φύση είναι αυτό που είναι η φύση και προσπαθούμε να της επιβάλουμε μια ταξινόμηση. Αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι έχουμε όλες αυτές τις αποχρώσεις.

Strogatz (10:31):Λοιπόν, επιστρέφοντας στη NASA για ένα δευτερόλεπτο, υπάρχουν κάποια είδη πραγμάτων που πιστεύετε ότι θα έπρεπε να αναζητούν όταν αναζητούν ζωή σε άλλους πλανήτες; Ή μήπως θα έπρεπε απλώς να πηγαίνουν για την πιο ένδοξη, πλούσια, πλούσια ταξινόμηση που μπορούν να βρουν;

Hazen (10:46):Αχα! Γιατί όχι και τα δύο? Γιατί, το σκέφτεσαι. Ένα πράγμα για το οποίο έχουμε προαίσθηση είναι η κατοικησιμότητα. Αυτό είναι ένα είδος του εύρους θερμοκρασίας, πίεσης, σύνθεσης. Ένας κόσμος πλούσιος σε νερό, ένας ηλιόλουστος κόσμος, πρέπει να έχεις ενέργεια, πρέπει να έχεις διάφορα άλλα κριτήρια που επιτρέπουν στα χημικά συστήματα να κάνουν ενδιαφέροντα πράγματα. Αν είναι, αν είναι, όλα είναι λιωμένα ή ένας ατμός, είναι πολύ ζεστό. Αν όλα είναι παγωμένα και τίποτα δεν κινείται, όπως στον Πλούτωνα, τότε αυτό φαίνεται πολύ κρύο. Έτσι, πιστεύουμε ότι υπάρχουν μερικά γλυκά σημεία. Και πιστεύουμε ότι υπάρχουν πράγματα που μπορούμε να αναζητήσουμε, όπως υγρό νερό ή κάποιο άλλο υγρό, αλλά το νερό είναι το μόνο που φαίνεται να κάνει τη δουλειά.

(11:28) Πρέπει να αναζητήσουμε μόρια που βασίζονται στον άνθρακα, επειδή φαίνεται ότι ο άνθρακας είναι το μόνο στοιχείο που σχηματίζει το είδος της πλούσιας ποικιλίας ραχοκοκαλιών που χρειάζεστε για τις δομές αυτού που θεωρούμε ζωή. Και πραγματικά δεν πιστεύω στη ζωή που βασίζεται στο σύννεφο ή, ξέρετε, στην ηλεκτρονική ζωή, ή στη ζωή σε ένα πλάσμα ή κάτι τέτοιο. Εννοώ, ότι απλά, δεν βλέπετε τα είδη των δομών που χρειάζεστε, που συλλαβίζουν αυτό που θεωρώ ως την πολυπλοκότητα ενός ζωντανού συστήματος. Υπάρχουν λοιπόν παράμετροι και αυτό ψάχνει η NASA. Ας αναζητήσουμε κόσμους πλούσιους σε νερό, ας αναζητήσουμε κόσμους που έχουν το σωστό είδος θερμοκρασίας και πίεσης και ατμοσφαιρική σύνθεση. Και τα πετρώματα και τα ορυκτά παίζουν έναν πραγματικά ενδιαφέροντα ρόλο. Και παρέχουν όλα τα είδη χημικών στοιχείων εκτός από τον άνθρακα, τα οποία μπορεί να είναι απαραίτητα για ένα πολύπλοκο χημικό σύστημα.

Strogatz (12:21):Αν μου επιτρέψετε να έρθω προσωπικά μαζί σας για ένα δευτερόλεπτο, είμαι σίγουρος ότι έχετε κάποια προσωπικά αγαπημένα πράγματα που θα θέλατε να δείτε να απαντώνται προτού ολοκληρώσετε την καριέρα σας. Υπάρχουν κάποια πράγματα που θα μοιράζεστε μαζί μας, πράγματα που σας προβληματίζουν περισσότερο ή που είναι ερωτήσεις ονείρου που θα θέλατε να μας δείτε να παίρνουμε περισσότερες ενδείξεις;

Hazen (12:37):Θα ήθελα πολύ να δω μικρόβια να επιστρέφουν από τον Άρη. Μικρόβια που είχαν διαφορετική βιοχημεία, διαφορετικό γενετικό κώδικα, αν αυτό είναι μέρος της ιστορίας, γιατί αυτό θα έδειχνε ότι υπήρχε κάτι που ονομάζεται δεύτερη γένεση. Η δεύτερη γένεση, στην επιχείρηση προέλευσης της ζωής, σημαίνει απλώς ότι η ζωή έχει προκύψει περισσότερες από μία φορές. Και, ξέρετε, στο σύμπαν, υπάρχει η παλιά παροιμία, «Είναι 0, 1, πολλά». Καμία ζωή δεν είναι βαρετή, αλλά ξέρουμε ότι αυτό δεν είναι αλήθεια, γιατί έχουμε ένα παράδειγμα. Μόλις βρείτε ένα δεύτερο παράδειγμα, ειδικά αν είναι στο ηλιακό μας σύστημα, τότε ξέρετε ότι η ζωή είναι απολύτως παντού. Επειδή ακριβώς - μόλις προκύπτει, είναι τόσο φυσικό όσο ο σχηματισμός βασάλτη σε έναν επίγειο πλανήτη. Η ζωή είναι απλώς μια άλλη χημική διαδικασία που συμβαίνει αναπόφευκτα

(13:24) Δεν ξέρουμε αν αυτό είναι αλήθεια. Και αυτό είναι που θα ήθελα να μάθω. Θα ήθελα πολύ να ξέρω ότι η ζωή ήταν μια αναπόφευκτη συνέπεια. Και ξέρετε, το γεγονός ότι έχω περάσει ένα σημαντικό μέρος της καριέρας μου μελετώντας πτυχές της προέλευσης της ζωής σημαίνει ότι έβαλα φιλοσοφικά τη σημαία μου σε αυτό το χωράφι. Εάν η ζωή δεν συνέβη ποτέ ή συνέβη μόνο μία φορά σε ολόκληρη την ιστορία του σύμπαντος, τότε θα ήταν μάταιο να προσπαθήσουμε να μελετήσουμε την προέλευσή της. Αν είναι ένα απίστευτα σπάνιο τυχαίο γεγονός που συμβαίνει μόνο μέσω της παράθεσης των σωστών πετρωμάτων και νερού και χημείας κ.λπ. το στο εργαστήριο. Ακόμα κι αν συμβαίνει συνήθως, αλλά χρειάζονται 100 εκατομμύρια χρόνια για να ξεκινήσει, θα είναι πολύ, πολύ δύσκολο να το κάνεις, ξέρεις, στα τέσσερα χρόνια μιας μεταδιδακτορικής υποτροφίας. Θα ήθελα λοιπόν να πιστεύω ότι η ζωή, μόλις καταλάβουμε τα κόλπα, είναι κάτι που μπορείς να κάνεις πραγματικά στο εργαστήριο.

Strogatz (14:22):Ναι, αυτή είναι μια τόσο συναρπαστική ερώτηση. Εννοώ, όλοι όσοι έχουν σκεφτεί αυτό το θαύμα — θυμάμαι ότι διάβασα ένα βιβλίο του Φράνσις Κρικ για αυτό, Η ίδια η ζωή, όπου μιλάει για κατευθυνόμενη πανσπερμία. Δεν το είχα πάρει ποτέ στα σοβαρά μέχρι που διάβασα το βιβλίο του, ότι αν η πιθανότητα αυθόρμητου σχηματισμού ζωής είναι αρκετά μικρή, θα μπορούσαμε πραγματικά να είμαστε μόνοι. Θέλω να πω, ακριβώς για λόγους Κοπέρνικου, ότι, ότι δεν είμαστε ποτέ κάτι ιδιαίτερο, πάντα με οδηγούσαν να πιστεύω, φυσικά πρέπει να υπάρχει ζωή — μόλις βρούμε πλανήτες σε άλλα ηλιακά συστήματα. Εννοώ, φαίνεται απλώς ύβρις να πιστεύουμε ότι είμαστε η μόνη περίπτωση ζωής στο σύμπαν. Αλλά δεν ξέρουμε, λογικά, όπως λέτε, η πιθανότητα θα μπορούσε να είναι τόσο, τόσο μικρή, μπορεί να είμαστε οι μόνοι.

Hazen (15:05):Steve, έχεις απόλυτο δίκιο, μπορεί να είμαστε οι μόνοι. Ή μπορεί να είναι ότι οι μόνοι άλλοι ζωντανοί κόσμοι, μπορεί να υπάρχουν χιλιάδες ή εκατομμύρια από αυτούς στον Γαλαξία μας, αλλά είναι τόσο μακριά και είναι τόσο μη επικοινωνιακοί, που μπορεί να μην μάθουμε ποτέ. Αλλά πιστεύω ότι αυτό είναι ένα πρόβλημα που αν η απάντηση είναι ότι δεν είμαστε μόνοι, αυτό είναι κάτι που μπορούμε πραγματικά να ελπίζουμε ότι κάποια μέρα θα μάθουμε. Το αρνητικό θα είναι πολύ δύσκολο να αποδειχτεί. Αλλά το μόνο που χρειάζεται να κάνετε είναι να βρείτε αυτόν τον άλλο ζωντανό κόσμο και, στη συνέχεια, έχουμε μια πολύ βαθιά εικόνα για τον τρόπο λειτουργίας του σύμπαντος.

Strogatz (15:39):Ουάου. Είναι μια κοσμική σκέψη. Ξέρετε, με ενθαρρύνει το πόσο γρήγορα ξεκίνησε η ζωή εδώ. Μιλώντας για γεωλογία, όπως ας το θέσουμε από μια γεωλογική προοπτική. Δώστε μου τους αριθμούς, χονδρικά, πόσο χρονών είναι η Γη και πόσο σύντομα αρχίζει να βρίθει από ζωή.

Hazen (15:56):Σίγουρα. Έτσι, η Γη άρχισε να σχηματίζεται στα 4,567 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Και δεν ήταν κατοικήσιμο για το πρώτο χρονικό διάστημα. Μπορεί να είχε ένα παράθυρο κατοικησιμότητας για μερικές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, και στη συνέχεια αυτή η τεράστια πρόσκρουση, η κρούση Theia που σχημάτισε το φεγγάρι, και που μόλις έλυσε τα πάντα - ολόκληρος ο πλανήτης περικυκλώθηκε από έναν ωκεανό μάγμα, λαμπερό, κόκκινο ζεστό, που έπρεπε να κρυώσει. Αυτό μπορεί να ήταν πριν από 4,45 δισεκατομμύρια χρόνια, νομίζω, κάτι με αυτή τη σειρά, ίσως μόλις το 4,4. Αλλά αυτό είναι το είδος της ακραίας ημερομηνίας έναρξης που μπορούμε να σκεφτούμε. Και ξέρουμε ότι στο 3,8, η ζωή είχε εδραιωθεί. Έχουμε στρωματόλιθους, έχουμε και άλλα σημάδια ζωής που ήταν ξεκάθαρα εκεί.

(16:47) Οπότε αυτό είναι ένα μπλοκ 600 εκατομμυρίων ετών, αλλά νομίζω ότι η ζωή ξεκίνησε πολύ, πολύ πιο γρήγορα. Αλλά αυτό είναι ένα προαίσθημα, νομίζω ότι πιθανώς εξετάζουμε εκατομμύρια ή δεκάδες εκατομμύρια χρόνια για να συμβεί μια διαδικασία. Αν πρόκειται να συμβεί, ξέρετε, χημεία, έχετε μια τεράστια επιφάνεια της Γης, έχετε εκατομμύρια χρόνια να παίξετε, έχετε όλα τα διαφορετικά είδη χημικών συστημάτων και ροών. Και έτσι, η Γη είναι ένα σπουδαίο πειραματικό εργαστήριο για τη χημεία. Και με εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια για παιχνίδι σε ολόκληρη την επιφάνεια του πλανήτη. Ουάου, αυτό είναι, αυτοί είναι πολλοί συνδυασμοί χημικών που μπορείτε να δοκιμάσετε. Και η ζωή ξεπηδά από αυτό.

Strogatz (17:25):Είναι πραγματικά αυτό το υπέροχο όραμα που μας δίνετε εδώ, όπου δεν είναι μόνο, τώρα, η γεωλογία, η ορυκτολογία και η χημεία, αλλά φέρνετε και την αστρονομία σε αυτό, με αυτήν την ιστορία του αντίκτυπου. Ίσως απλά να επεκταθεί σε αυτό για ένα δευτερόλεπτο; Δεν είμαι σίγουρος ότι έχω ακούσει ποτέ αυτήν την ιδέα της Θείας — μιλάτε για την προέλευση του φεγγαριού, από όπου προήλθε το φεγγάρι.

Hazen (17:44):Άρα η προέλευση του φεγγαριού. Όταν η Γη σχηματιζόταν για πρώτη φορά, ήταν ένα είδος χορού του ηλιακού συστήματος. Είχατε όλα αυτά τα σώματα που ήταν βαρυτικά άπληστα, και συνέχιζαν, σαν ηλεκτρικές σκούπες, να σκουπίζουν όλους τους μικρότερους κόσμους. Και έτσι, σε αυτό το παιχνίδι, το μεγαλύτερο σώμα κερδίζει πάντα. Ό,τι έχει τη μεγαλύτερη μάζα κερδίζει. Και για μερικές δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, η Γη ανταγωνιζόταν με ένα άλλο μικρότερο σώμα, ίσως περίπου στο μέγεθος του Άρη, είναι αυτό που έχω δει να λένε οι υπολογισμοί. Και έτσι ήταν αυτά τα δύο σώματα - περνούσαν το ένα κοντά στο άλλο και δεν φιλιόντουσαν. Αλλά σε μια πολύ δραματική μέρα, μια πολύ δραματική στιγμή, συγκρούστηκαν.

(18:28) Το μικρότερο σώμα, που έχει ονομαστεί Θεία, είναι η μητέρα του φεγγαριού στην ελληνική μυθολογία. Η Θεία συγκρούεται με τη Γη. Υπάρχει μόνο αυτό το επικό ανακάτεμα και πολτοποίηση και ψήσιμο όλων των συστατικών. Και μέρος από ό,τι έχει απομείνει γίνεται το φεγγάρι και μέρος από αυτό που περισσεύει γίνεται μέρος της Γης. Και αυτή η μάζα αντικειμένων που εκτινάσσεται από την επιφάνεια κατά τη σύγκρουση ενοποιείται στο φεγγάρι. Και έτσι έχουμε αυτό το όμορφο αντικείμενο στον ουρανό. Πολύ, πολύ πιο κοντά τότε, παρεμπιπτόντως. Το φεγγάρι ήταν πιθανώς μόνο μερικές δεκάδες χιλιάδες μίλια μακριά, πράγμα που σημαίνει ότι φαινόταν πολύ, πολύ μεγάλο στον ουρανό και τα παλιρροϊκά φαινόμενα ήταν τεράστια. Αλλά σταδιακά το φεγγάρι υποχωρεί όπως - ακόμα και σήμερα. Και αυτό αλλάζει όλη την επιφανειακή κατάσταση της Γης. Η Γη ήταν ακατοίκητη αμέσως μετά τη σύγκρουση. Μετά όμως τα πράγματα λύθηκαν. Ωκεανοί, με μεγάλες παλίρροιες νωρίς, και το φεγγάρι που λάμπει στον ουρανό και υποχωρεί χρόνο με το χρόνο και κάπου σε αυτή την περίοδο των δεκάδων ή εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών, η ζωή έπιασε.

Strogatz (19:40):Ευχαριστώ, Bob, αυτό ήταν τόσο ενδιαφέρον. Θέλω να πω, πραγματικά συγκλονιστικό, πραγματικά, να σκεφτώ την αλληλεπίδραση — καλά, μπαίνω στον πειρασμό να πω ονόματα μαθημάτων που μαθαίνουμε στο σχολείο:Αστρονομία, γεωλογία, ορυκτολογία, χημεία, βιολογία, αλλά όπως τα λες , είναι πραγματικά μόνο μια όμορφη μεγάλη ιστορία, δεν ξέρω πώς να την συνοψίσω. Τι θα έλεγες? Ποιο είναι το τέλος της φράσης μου εκεί;

Hazen (20:02):Steve, είναι ένας ενιαίος ιστός γνώσης. Είναι ένας τρόπος να γνωρίσουμε την επιστήμη ως τον πιο αξιοσημείωτο τρόπο για τους ανθρώπους, να κοιτάξουν τον φυσικό μας κόσμο. Μην σκεφτείτε τη χημεία ή τη γεωλογία ή τη φυσική ή την αστρονομία, τη βιολογία ως ξεχωριστά πράγματα. Αλλά είναι ένας διασυνδεδεμένος ιστός, στον οποίο βλέπουμε αυτήν την εκπληκτική διαδικασία εξέλιξης, την εξέλιξη των πλανητών και των φεγγαριών, την εξέλιξη του ηλιακού μας συστήματος και στη συνέχεια την προέλευση και την εξέλιξη της ζωής.

Strogatz (20:30):Ευχαριστούμε, Bob, σας ευχαριστούμε πολύ που ήρθατε σήμερα μαζί μας.

Hazen :Ευχαριστώ, Steve.

Εκφωνητής (20:37):Θέλετε να μάθετε τι συμβαίνει στα σύνορα των μαθηματικών, της φυσικής, της επιστήμης των υπολογιστών και της βιολογίας; Μπλέξτε με το Quanta Magazine , μια εκδοτικά ανεξάρτητη έκδοση που υποστηρίζεται από το Ίδρυμα Simons. Η αποστολή μας είναι να φωτίσουμε τη βασική έρευνα των φυσικών επιστημών και των μαθηματικών μέσω της δημόσιας δημοσιογραφίας. Επισκεφθείτε μας στο quntamagazine.org.

Strogatz (21:02):Έτσι, όπως μόλις ακούσαμε, ο Bob Hazen αμφισβητεί τη χρησιμότητα ενός άκαμπτου ορισμού της ζωής, προτιμώντας αντ 'αυτού να εντοπίσει τα χαρακτηριστικά ενδιαφέροντων χημικών συστημάτων που εμφανίζουν περίπλοκη συμπεριφορά. Ο επόμενος καλεσμένος μας έχει περάσει πολύ χρόνο σκεπτόμενος κύτταρα που μιμούνται τη ζωή. Όταν σκέφτεται τι είναι η ζωή, συμφωνεί ότι η εξέλιξη είναι ένα ικανοποιητικό πράγμα που πρέπει να αναζητήσετε. Το ίδιο και η ικανότητα αναπαραγωγής. Αλλά αυτά τα κριτήρια δεν αποτυπώνουν πλήρως αυτό που εννοούμε όταν μιλάμε για ζωή. Για αυτόν, η κατανόηση του τι είναι η ζωή ευρύτερα περιλαμβάνει την ικανότητα ενός οργανισμού να επιμένει με την πάροδο του χρόνου και να αλληλεπιδρά με άλλα έμβια όντα. Ο Sheref Mansy είναι καθηγητής χημείας στο τμήμα χημείας του Πανεπιστημίου της Αλμπέρτα. Με ενώνει τώρα. Καλώς ορίσατε.

Σέρεφ Μάνσι (21:49):Σας ευχαριστώ που με έχετε.

Strogatz (21:50):Είναι πραγματικά μεγάλη χαρά. Είμαι πολύ ενθουσιασμένος που ακούω για τη δουλειά σας, την οποία βρήκα πολύ συναρπαστική, πρέπει να πω. Εντάξει, ας ξεκινήσουμε λοιπόν με αυτό το ακανθώδες ζήτημα της προσπάθειας να ορίσουμε τη ζωή. Έχω ακούσει σε άλλες συνεντεύξεις που έχετε δώσει ότι λέτε ότι έχετε αντικρουόμενα συναισθήματα σχετικά με αυτό το θέμα της προσπάθειας να ορίσετε τη ζωή. Τι εννοείτε με αυτό;

Μάνσυ (22:09):Εννοώ, καταλαβαίνω τις επικρίσεις, όταν οι άνθρωποι λένε ότι ίσως δεν αξίζει καν τον χρόνο για να προσπαθήσουμε να διατυπώσουμε τι εννοούμε με τον όρο ζωή. Ξέρετε, μερικοί από τους συναδέλφους μου στον τομέα κατά καιρούς θα πουν πράγματα λίγο προκλητικά, όπως, ξέρετε, η ζωή είναι ένας όρος που είναι μόνο για ποιητές και οι επιστήμονες δεν έχουν καμία δουλειά να τον χρησιμοποιούν. Αυτά τα πράγματα μπορεί φυσικά να φαίνονται σαν απόσπαση της προσοχής. Αλλά την ίδια στιγμή, βρίσκω πραγματικά παράξενο το ότι έχουμε επιστήμονες σε όλο τον κόσμο που προσπαθούν να οικοδομήσουν κάτι, αλλά δεν μπορούμε καν να πούμε τι είναι αυτό που προσπαθούμε να φτιάξουμε. Και πώς σημειώνετε πρόοδο σε ένα τέτοιο σενάριο;

Strogatz (22:44):Λοιπόν, τι είναι τόσο δύσκολο σε αυτό; Θέλω να πω, ίσως μπορούσες να μας εξηγήσεις. Γιατί, ξέρετε, ο μέσος άνθρωπος σκέφτεται, "Αναγνωρίζω κάτι, αυτό - το γραφείο μπροστά μου καθώς μιλάμε, δεν είναι ζωντανό."

Μάνσυ (22:55):Νομίζω ότι το μεγάλο πρόβλημα είναι ότι κάθε φορά που κάποιος προτείνει έναν ορισμό της ζωής, υπάρχει πάντα κάποιος που μπορεί να εμφανιστεί και να δώσει ένα παράδειγμα για κάτι που είτε το αντιλαμβανόμαστε ξεκάθαρα ότι είναι ζωντανό και δεν ταιριάζει με τον ορισμό , ή ακόμα και το αντίστροφο, ξέρετε, πράγματα που μοιάζουν να ταιριάζουν στον ορισμό, αλλά δεν είναι ζωντανά. Έτσι, ξέρετε, μπορείτε να σκεφτείτε κάποιου είδους κλασικά παραδείγματα, όπως ένα μουλάρι. Ξέρετε, τόσοι πολλοί άνθρωποι, θα ρωτήσετε, γιατί δεν είναι ζωντανό το γραφείο σας; Θα πουν, «Λοιπόν, δεν αναπαράγεται, ξέρετε, τα έμβια όντα είναι ικανά να αναπαραχθούν». Έχουμε όμως παραδείγματα έμβιων πραγμάτων, όπως ένα μουλάρι, που ξεκάθαρα όλοι πιστεύουν ότι είναι ζωντανά, αλλά δεν μπορούν να έχουν απογόνους.

(23:30) Και τότε μπορείτε να παίξετε και το αντίθετο παιχνίδι, ξέρετε. Έτσι, κρύσταλλοι αλατιού, ξέρετε, υπάρχουν πολλοί κρυσταλλογράφοι εκεί έξω. Και, και ένα από τα κόλπα που χρησιμοποιούν οι κρυσταλλογράφοι για να καλλιεργήσουν περισσότερους κρυστάλλους είναι ότι συνθλίβουν τους παλιούς και χρησιμοποιούν τα μικρά κομμάτια των παλιών κρυστάλλων τους για να σπείρουν την ανάπτυξη νέων κρυστάλλων. Και μπορείτε να το κάνετε αυτό ακόμη και με μόνο αλάτι, δεν χρειάζεται να το κάνετε με πρωτεΐνες. Και αυτό είναι ένα παράδειγμα αντιγραφής. Αλλά, ξέρετε, κανείς δεν ξεγελιέται από αυτό, σωστά; Κανείς δεν συγχέει την αναπαραγωγή κρυστάλλων αλατιού ως ζωντανή.

Strogatz (23:57):Σωστά, σωστά. Οπότε ίσως δεν είναι εξαιρετικά χρήσιμο να βάλουμε ένα απότομο όριο. Ή να αρθρώσουμε τις απαραίτητες και επαρκείς συνθήκες για τη ζωή, γιατί φαίνεται ότι θα μπορούσαμε να συνεχίσουμε να βρίσκουμε εξαιρέσεις. Αλλά, από την άλλη πλευρά, φαίνεται ότι, όπως λέτε, είναι δύσκολο να ψάξουμε για ζωή αλλού, όπως αν προσπαθούμε να βρούμε ζωή σε άλλους πλανήτες, αν δεν έχουμε ιδέα τι ψάχνουμε. Και έτσι, για το σκοπό αυτό, αναφέρατε αυτό, αυτό το κριτήριο επιμονής στο χρόνο. Αναρωτηθείτε αν θα μπορούσατε να το αποσυσκευάσετε λίγο για εμάς.

Μάνσυ (24:27):Ξέρετε, βασικά, όλα τα πράγματα τείνουν προς την αταξία, σωστά; Αυτός είναι ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής. Και τα έμβια όντα είναι χημικά συστήματα εκτός ισορροπίας. Και έτσι, αν δεν ήταν ζωντανοί, απλώς θα αποσυντέθηκαν πίσω στα άτακτα συστατικά τους μέρη. Αυτό είναι βασικά αυτό που θα ονομάζαμε θάνατο, ξέρετε; Η ισορροπία ουσιαστικά ισοδυναμεί με θάνατο.

(24:46):Ποιες είναι λοιπόν αυτές οι διαδικασίες; Ποια είναι η χημεία και η φυσική πίσω από τη ζωή που ουσιαστικά είναι πάντα σε θέση να την κρατήσει εκτός ισορροπίας και να επιμείνει με την πάροδο του χρόνου για να διατηρήσει αυτή την κατάσταση, αυτή την εξαιρετικά τακτοποιημένη, ένα είδος θερμοδυναμικά δυσμενούς κατάστασης, με την πάροδο του χρόνου; Προφανώς, δεν είναι για πάντα, πεθαίνουμε, δυστυχώς, σε ένα σημείο. Αλλά αυτή είναι μια πτυχή, ξέρετε, που υποθέτω ότι θα μπορούσατε να την ονομάσετε απλώς μεταβολισμό. Αλλά νομίζω ότι πολλές φορές, ακόμη και εκεί, όταν οι άνθρωποι χρησιμοποιούν αυτή τη λέξη μεταβολισμός, δεν σκέφτονται πραγματικά αυτή τη γωνία. Σκέφτονται περισσότερο με όρους, ξέρετε, ότι το μόριο Α μετατρέπεται σε μόριο Β, μετά μετατρέπεται σε μόριο Γ. Δεν φαίνεται να σκέφτονται πραγματικά τι είδους κόλπο χρησιμοποιεί η βιολογία για να κρατηθεί μακριά από την ισορροπία και να διατηρήσουν αυτήν την εξαιρετικά τακτοποιημένη κατάσταση με την πάροδο του χρόνου.

Strogatz (25:30):Θα ήθελα λοιπόν πραγματικά να ασχοληθώ με κάποια δουλειά που κάνατε τα τελευταία χρόνια στο εργαστήριό σας, σχετικά με αυτό που θα μπορούσαμε να ονομάσουμε κυψελωτό τεστ Turing. Ποια είναι η άποψή σας για αυτό; Δηλαδή, δώστε μας το υπόβαθρο. Τι ήταν το τεστ Turing; Τι προσπαθούσε να κάνει στην εποχή του; Και μετά ας μιλήσουμε, ξέρετε, για την προσαρμογή σας στον κόσμο της ζωής.

Μάνσυ (25:50):Σίγουρα. Θέλω να πω, πρέπει να πω ότι δεν ήμουν ο πρώτος άνθρωπος που σκέφτηκε αυτή την ιδέα. Υπάρχει ένα έγγραφο — ξέρετε, απλώς επισημαίνω όλη τη φρικτή μνήμη μου, νομίζω ότι ήταν στο Nature Biotechnology ή Φύση , όπου υπήρχαν πολλοί Βρετανοί επιστήμονες που μαζεύτηκαν και είπαν ότι ίσως αυτός θα μπορούσε να είναι ένας τρόπος με τον οποίο θα μπορούσαμε να αντιμετωπίσουμε αυτήν την έλλειψη ορισμού της ζωής για να μας βοηθήσει να κάνουμε πρόοδο. Και είχαν προτείνει το κυτταρικό τεστ Turing σε αυτό το έγγραφο. Και αυτό ήταν μόνο ένα από εκείνα τα πράγματα που όταν είδα, σκέφτηκα ότι, ξέρετε, νομίζω ότι είμαι πραγματικά σε θέση να συνδυάσω αυτά τα κομμάτια μαζί στο εργαστήριο και να προσπαθήσω να δημιουργήσω ένα σύστημα μοντέλου εκεί.

(26:23) Βασικά λοιπόν, η όλη ιδέα είναι, ξέρετε, αυτά τα ίδια προβλήματα υπήρχαν στον τομέα της τεχνητής νοημοσύνης, στον οποίο δεν εργάζομαι, στην τεχνητή νοημοσύνη, οπότε πιθανότατα μπορείτε να μιλήσετε πολύ καλύτερα για αυτό από μένα μπορώ. Αλλά βασικά, ήταν του ίδιου είδους — από την άποψή μου, το ίδιο πρόβλημα. Ξέρετε, πώς μπορούμε να καταλάβουμε εάν ένα μηχάνημα ή ένα πρόγραμμα υπολογιστή εμφανίζει νοημοσύνη, αν δεν είμαστε σε θέση να ορίσουμε καν τη νοημοσύνη εξαρχής; Είχαν τα ίδια ανόητα επιχειρήματα που έχουμε εμείς στον τομέα μου, ξέρετε, παλεύοντας μπρος-πίσω για το ποιος είναι ο σωστός ορισμός και τι ακριβώς, ξέρετε, είδη πειραμάτων θα έπρεπε να κάνουμε. Και, λοιπόν, αυτό που ουσιαστικά πρότεινε ο Τούρινγκ είναι, ας ξεχάσουμε αυτόν τον ηλίθιο αγώνα και ας βρούμε ένα λειτουργικό τεστ. Και αν περάσετε αυτό το τεστ, τότε ξέρετε, δεν έχουμε ορίσει τη νοημοσύνη, αλλά τουλάχιστον κινείστε προς τη σωστή κατεύθυνση.

(27:09) Και έτσι, δίνω πάντα μια πολύ μοντέρνα, ελπίζω, σύγχρονη άποψη. Ξέρετε, φανταστείτε ότι είστε στο κινητό σας τηλέφωνο, συνομιλείτε με έναν φίλο ή στέλνετε μηνύματα κειμένου με έναν φίλο και ο φίλος σας έχει αντικατασταθεί από ένα πρόγραμμα υπολογιστή. Μπορείτε να καταλάβετε ή να συνειδητοποιήσετε ότι δεν συνομιλείτε πλέον με τον φίλο σας; Έτσι, αν δεν είστε σε θέση να διακρίνετε τον φίλο σας από το πρόγραμμα υπολογιστή που αντικατέστησε τον φίλο σας, τότε ουσιαστικά έχουν περάσει. Έχετε περάσει τη δοκιμή Turing, το μηχάνημα ή το πρόγραμμα έχει περάσει. Και έτσι έγινε, σε εξαπάτησε επιτυχώς να νομίζεις ότι συνομιλούσες με τον φίλο σου. Έτσι, εμείς, ήταν ένας τρόπος με τον οποίο εσείς, αποφύγατε να βρείτε έναν ορισμό.

(27:48) Και η αντίθετη κατάσταση είναι επίσης διδακτική, σωστά; Επειδή αν αποτύχει και δεν έχει σημασία γιατί αποτυγχάνει, ξέρετε, ο χρόνος απόκρισης είναι λίγο περίεργος, το λεξιλόγιο είναι διαφορετικό από το πώς θα μιλούσε ο φίλος σας, τότε πρέπει να επιστρέψετε στον πίνακα σχεδίασης και να αναπτύξετε ένα καλύτερο πρόγραμμα ή καλύτερο μηχάνημα.

(28:02) Και έτσι βασικά, αυτή ήταν η έμπνευση για πολλά από τα έργα μας. Απλώς βλέπαμε, μπορούμε να φτιάξουμε τεχνητά κύτταρα που να μπορούν να εμπλέκονται στους ίδιους τύπους χημικής επικοινωνίας με τα φυσικά ζωντανά κύτταρα, και να το κάνουμε τόσο καλά ώστε να μπορούν να εξαπατήσουν τα φυσικά κύτταρα να νομίζουν ότι μιλούν σε έναν γείτονα ως σε αντίθεση με τα πράγματα που κατασκευάσαμε στο εργαστήριο.

Strogatz (28:22):Είναι πραγματικά μια φανταστική, πολύ κομψή ιδέα. Αλλά — το να κάνεις ζωντανά κύτταρα να ξεγελαστούν από αυτά τα τεχνητά κύτταρα, είναι πραγματικά μια ενδιαφέρουσα σκέψη. Και έτσι, εννοώ, ακούγεται σαν να έχετε κάνει μια σειρά πειραμάτων προς αυτή την κατεύθυνση. Ποια είναι μερικά από αυτά;

Mansy (28:36):So, lots of bacteria — we started off with bacteria, we figured that would be the easiest thing to do, and it’s also closer to the types of stuff I had done in the past. And so bacteria, they engage in chemical communication. Many of them exploit these small molecules called acyl-homoserine lactones. And so we figured, you know, these pathways are pretty well-known. People had engineered bacteria to talk to each other using these same known pathways. So we figured, you know, we should be able to reconstruct these same things in an artificial cell. So that was basically the goal.

(29:07) It turned out, as you know, always in science, to be a bit more challenging than we had anticipated. The synthesis and release of chemical signals from our artificial cells to natural cells was not difficult. I think we never failed in that. Every time we tried to reconstitute a known system in our artificial cells, that always worked. The part that was difficult was being able to sense the living cells through the molecules that they secrete. And I don’t have a good answer as to why that’s difficult. But you know, we’re bad comedians, I suppose, but I guess, as many couples would say, it’s, you know, it’s much easier to talk than to listen or to hear your partner. And so I think that’s the same thing with these artificial cells. It’s easier to engineer these things to talk than it is to listen.

(29:50) But we essentially never failed in speaking, you know, making artificial cells speak by synthesizing or releasing molecules. Getting them to hear was a lot more difficult, and the best one that we were able to reconstitute was the system that was taken from Vibrio fischeri . So it’s just, you know, a marine organism that naturally bioluminesces. And that was the pathway that we were able to fully reconstitute. But basically, in the ends, we were able to put these pieces inside of lipid vesicles to mimic, sort of morphologically somewhat, a cell. And if you take something like Vibrio fischeri , which naturally luminesces when it talks to each other, so when they reach a certain cell density, they know they’ve reached that density through communication with each other, they luminesce. So it’s a very simple kind of qualitative test. And so if we take this bacteria, and we grow them to half the density that they need to be to luminesce, and then we dump in our artificial cells to make up for the missing natural cells, they light up. We did do, you know, fancier experiments than that, but that was probably the most satisfying experiment, because at least visually, we could see right away that we were on the right track.

Strogatz (30:59):Okay. And the main point that you mentioned, I think, was that when there was a high enough density of them, they could act as surrogates for the bacteria, that — I mean, they could fool the bacteria into thinking that the quorum had been achieved, and therefore the living ones would light up. But these cells, these artificial cells, tell me more about them. They’re lipid vesicles. Do they have anything inside them?

Mansy (31:22):Yes. So they are lipid vesicles, fat molecules. They have an internal, let’s say lumen or internal aqueous space. And inside of there, we put the DNA constructs that we’ve engineered, you know. I don’t want to make it sound too fancy, because these are not huge genomes, but we do put, you know, engineered pieces of DNA inside that encodes for the function that we are — we’ve set out to achieve, which in this case was sensing, synthesizing and releasing chemical messages. Then we have to also put in the machinery that’s necessary for transcription and translation. So it’s to convert the information in DNA to RNA, and then that information, of course, into protein, which, you know, will have the enzymatic activity that we require for our cells. In these specific experiments of the cellular Turing test, we did use transcription and translation machinery that came from extracts of E. coli . So these are somewhat ill-defined mixtures.

Strogatz (32:15):Oh, yeah. That’s beautiful. I really like what you were just saying there. And I think that’s a very deep point that doesn’t get emphasized enough, the communal aspect of early life. We have spoken with other guests about the possibility of the massive horizontal gene transfer in very early life. I don’t know, maybe I’m getting carried away, but I like your thought that communication is really early and deep in the story of life, maybe deeper even than, than what we think of as evolution today, for the most part.

Mansy (32:15):And our system was incapable of growing and dividing, all it could do was essentially, you know, listen and speak. That’s all we programmed it to do. To give it more, you know, to endow it with more functionality would certainly take a lot more effort. But nevertheless, you know, I mean, I would say for this one specific task, which I think is a quite important aspect of life, by the way, something that doesn’t often pop up in definitions of life, this ability to organize and communicate with your neighbors. You know, my guess is this came really, really early. So I don’t think that we hit upon some sort of trick here. I mean, I think we are looking at something that is important, because we tend to look at life as really just these individual units, you know, can I build an actual, you know, one single cell or something along those lines, but I don’t think that’s how life works at all. You know, I mean, it is a community affair. Evolution, by definition basically, is a community type of process. If we find life on another planet, we’re not going to find just, like, one organism or one cell. I mean, these things don’t make sense, right? That’s not how biology works.

(33:46) I mean, I have to admit, in my head, I hadn’t really thought of it in exactly that way. I tend, I mean, I guess, you know, we all come at these things with our own biases. And mine, typically, is that I think that a lot of the stuff that we see as coming at different times, probably pieces of it were there from the beginning and emerged together. Because I tend to look at biology as being so incredibly complex. I don’t, I guess I just don’t see biology modular, the way I think a lot of people who try to engineer, you know, in the field of synthetic biology, they’re always trying to sort of put together, and they love using the analogies of Lego pieces and things like that. Which of course, in some ways we incorporate some of the stuff that they do. But I don’t really see biology as being modular. I see it as a very messy, intricate, you know, network of things that probably reflects its origins, you know, probably lots of these different processes that were necessary had to come up around the same time. Otherwise, it just wouldn’t have survived.

Strogatz (34:39):So on this early question that we were posing, about what is life, it sounds like you already hinted at this in a remark you made a few minutes ago that you would not have considered your, your artificial cells to be alive, but they had some of the functionality, right? You say, they had some of the important functions, but you pointed out, they couldn’t reproduce. What else could they not do?

Mansy (35:02):The thing that I find the most frustrating about these systems that we’ve built is they can basically listen once and then respond, or speak once. They’re, they’re not able to engage in a longer conversation, let’s say. And that is something that frustrates me. That reflects, in large part, what I was talking about before, this concept of persistence over time. It lacks a supporting metabolism to sustain this activity, to have turnover, you know, to degrade the molecules that were being used for talking and synthesize new ones. And just being able to sense once and respond once, to me, is not sufficient. If you want to make something that better mimics life, it’s got to persist for longer than that. And if you wanted to use this as a platform, you know, for some sort of technology, I think it would need to survive more than a couple of hours.

Strogatz (35:52):So that gets us into something that I was hoping we could explore together, about this idea that you mentioned, a platform. Please tell us about some of these fascinating studies that you and your group did recently with artificial cells trying to interact with neurons.

Mansy (36:07):If you think about communication, chemical communication, I mean, I would imagine that lots of people, the first thing that pops to their mind, is signal transduction through neurons. And of course, that’s — that’s true, right? And so for us, for a long time, even when we were working on a cellular Turing test, we really liked this idea. Could we build — I mean, I would not call it an artificial neuron, because it’s way too far from that, but something that can engage in communication with neurons? And that’s not just fun intellectually, but I think that also has possibilities for technologies, right? I mean, there are lots of diseases, neurodegenerative diseases like Parkinson’s disease, where essentially, your neurotransmitters like dopamine are not being produced as you get older. And, you know, if you built artificial cells that can sense the concentrations of dopamine, for example, and then synthesize more dopamine whenever the levels get too low, you know, that sounds like a fantastic therapy. You wouldn’t have to sort of flood the patients with tons of drug molecules that may or may not cross the blood-brain barrier and get to where you want to go. You could have artificial cells that are targeted to different parts of the body. Again, there’s a lot of work to get there.

(37:13) And then very locally, you know, whenever the concentrations drop below what’s needed, they can replenish the supplies. They sound really attractive. But again, I think this persistence problem, that, while I find it interesting from a more, let’s say, intellectual perspective on what is life, has very practical implications as well. I mean, what’s the point of taking an artificial cell into your body if it just, you know, falls apart almost immediately?

Strogatz (37:36):As you say, if this artificial cell could exist and thrive for a certain amount of time, and do smart things like sense whether a cancer cell is present, and if so what molecules, what chemotherapeutic agents to dump on that one — we’re not there yet, it sounds like, but that’s the vision, right? That’s the dream, maybe?

Mansy (37:56):Yes, yes, yes, yes. I mean, to be able to encode multiple outputs, obviously, you know, and to increase the capacity for synthesis so that you can actually carry out whatever, you know, the synthesis for whatever drug molecules you need, that I think would just be insanely satisfying.

Strogatz (38:11):And an interesting example of how fundamental thinking about research, like, you might be really driven by your curiosity about origin of life, or thinking about this deep question of what does it mean to be alive or not alive? And then, out of that pure curiosity-driven research comes these fantastic biomedical applications. It’s not far-fetched, I think.

Mansy (38:31):For a long time, I mean, I would run into colleagues that did neurobiology, and this kept popping up over and over again. So we built artificial cells because of the difficulty in sensing stuff. We had them sense the same sort of molecule that would have been secreted from bacteria. So in that sense, the listening component was, you know, listening to bacteria talk. But in response, it could talk to neurons, and so what we actually did was, they were neural stem cells. And this was done in collaboration with three different biology labs, because I have no experience with eukaryotic biology or doing any sort of tissue culture stuff. So this, you know, took a dedicated Ph.D. student, his name is Duhan Toparlak. Basically, these artificial cells could synthesize and release brain-derived neurotrophic factor, which is a neurotrophic factor, as the name suggests, that impacts the differentiation of neurons into, from immature to, let’s say, mature neural cells. So we took these neural stem cells, we incubated them with our artificial cells, we added the molecule that bacteria would secrete, we didn’t actually mix bacteria with the neurons. So it was sensing this molecule in the environment and in response, synthesized and released something that guided, in some sense, the differentiation of neural stem cells. So that’s what we did. It, in some sense, sounds like we did less in some ways than we did with the cellular Turing test. But it took four or five years actually, to get that to work.

Strogatz (40:05):I see. So really, what’s going on in the experiment is there’s artificial cells, there’s neural stem cells, and there’s you dumping in the thing that’s telling these artificial cells, “hey, say something. Say something helpful to make the neurons grow and differentiate.”

Mansy (40:22):Exactly.

Στρογκάτζ :And you did it. I mean, sounds like this was a hard experiment from the way you’re describing it.

Mansy :Yeah, painful process. But in the end, we got it to work.

Στρογκάτζ :Well, thank you, Sheref. This was super interesting, and I really appreciate your taking the time to talk to us today.

Mansy :It was a lot of fun. Thank you for having me.

Εκφωνητής (40:40):Stay up to date on the latest happenings in science and mathematics. Sign up for the Quanta Magazine newsletter. It’s free, landing every Friday in your email inbox. Head to quantamagazine.org for more info on how to sign up.

Strogatz (40:54):The Joy of Why είναι ένα podcast από το Quanta Magazine , μια εκδοτικά ανεξάρτητη έκδοση που υποστηρίζεται από το Ίδρυμα Simons. Funding decisions by the Simons Foundation have no influence on the selection of topics, guests, or other editorial decisions in this podcast or in Quanta Magazine . The Joy of Why is produced by Susan Valot and Polly Stryker. Our editors are John Rennie and Thomas Lin, with support by Matt Carlstrom, Annie Melchor and Leila Sloman. Our theme music was composed by Richie Johnson. Our logo is by Jackie King, and artwork for the episodes is by Michael Driver and Samuel Velasco. I’m your host, Steve Strogatz. If you have any questions or comments for us, please email us at [email protected] Thanks for listening.