Jagten på det kunstige liv

Jagten på det kunstige liv

Forskere gør sig klar til det næste store spring: at skabe nyt liv i et laboratorium. I sidste uge holdt forskerne status om mulighederne ved en konference på RUC

Alle historiske kulturer har en mytologi om livets oprindelse og om livets særlige status. Og alle mener de, at liv kun kan være opstået ved en guddommelig indgriben, en særlig kraft, der vækker det døde til live.

Det er ikke nogen hemmelighed, at moderne forskning søger en anden forklaring. At liv er naturligt, lige så naturligt som stjerners glimten og vandets plasken.

Ekstraordinære påstande kræver ekstraordinære beviser, er det blevet sagt, og hvad forskningen i livets oprindelse og i livets forudsætninger indtil videre har frembragt er heller ikke helt ved siden af. Den har vist, at livets basale byggeklodser godt kan opstå på den unge klode, at dynamiske vekselvirkninger sagtens kan blive til stabile komplekse strukturer, og at evolutionen har haft tid nok til at skabe virvar af levende organismer, som i konkurrence om ressourcer og med hinanden kan udvikle sig og lære.

Men forskerne er aldrig kommet med det afgørende bevis, nemlig at skabe nyt liv - helt fra bunden - i et laboratorium. Det har været en smule pinsomt, fordi det jo i teorien ikke burde være så svært. En smule aminosyrer, lidt sukker og lipider, masser af autokatalyse og feedback, og vupti: Det lever!

Definitioner af liv

Men nej. Vupti'et er stadig enigmatisk. Der findes en lang række simple kemiske oscillationer, evolutionære algoritmer og computervirus som kan nogle tricks, men det er ikke klart, om man kan kalde dem for liv.

»Fra min uddannelse som filosof ved jeg, at diskussionen om, hvad der kan kaldes liv, og hvornår noget er levende, er et meget kontroversielt emne,« siger professor i filosofi på Portland State University i USA, Marc Bedau, i et interview under Sunrise-konferencen på RUC i sidste uge.

»Men jeg mener, at man godt kan have nogle kriterier. Først må livet være en separat identitet, som er rummeligt afgrænset, som er forskellig fra sin omverden. Det er, hvad vi kalder en beholder. Der findes mange måder at lave en beholder på: Liposomer, miceller, krystaller, nanorør og så videre.«

Hvis man kigger efter liv på Titan, der har en atmosfære af ethan og oceaner af methan, skal man ikke lede efter DNA. Man skal hellere lede efter en form for beholder, der kan indeholde kemisk information på en nogenlunde stabil måde og som kan videregive den til andre beholdere.

»Beholderen skal også være i stand til at udføre nogle funktioner, blandt dem en slags metabolisme. Det behøver ikke at være ATP som i almindelige celler, men i hvert fald noget, der kan konvertere og gemme energi. Primitivt kunstigt liv skal også have en slags program. Det behøver ikke at være gener, men noget, der kan kontrollere funktionerne i cellerne, gemme informationerne, kopiere dem og nedarve dem til næste generation. Hvis man kan gøre det, så kan det kaldes liv og udvikle sig,« siger Marc Bedau.

Protocellen

Steen Rasmussen har i knap 20 år været på Los Alamos i USA, hvor han har arbejdet med udviklingen af kunstigt liv, først ved hjælp af computersimulationer, men senere med den ægte vare: våd kulstofkemi. Med en bevilling fra Danmarks Grundforskningsfond og Syddansk Universitet er han kommet til Odense for at starte en forskningsgruppe, der skal udvikle den første protocelle fra bunden på Center for Fundamental Living Technology (FLinT).

»Liv er et emergent fænomen, der er skabt i et samspil mellem mange elementer,« forklarer Rasmussen.

»Et konkret eksempel på emergens er vand. Det enkelte vandmolekyle er ikke vådt, kun mange molekyler samlet er våde, og man kan måle, at det er vådt og plasker. Dette er i sig selv et emergent fænomen. Hvis nu man putter andre molekyler ind i vandet, kan det igen ændre sin egenskab, sin viskositet, overflade, osv. Det er niveau 1.

Hvis nu molekylerne samles i en polymer, kan man observere elasticitet i polymeren, som ikke kan observeres på niveau 1 med de enkelte molekyler. Det er et nyt emergent fænomen på niveau 2. Og hvis nu man også har polymerer, som både kan frastøde og tiltrække vand, ligesom sæbe, så vil de kunne danne miceller og vecikler, som har et eller to lag af lipider, der danner en membran. Dette kunne kaldes en tredje-ordens struktur. Lige pludselig vil man kunne observere en inderside en yderside, måle permeabilitet, osv, som ikke kan observeres på polymererne på niveau 2.«

Trin for trin

Disse trin og mange flere kan ifølge Steen Rasmussen føre til højere og højere ordens-strukturer, hvor der hele tiden kommer nye funktionaliteter ind. Dynamikken niveauerne imellem vil også begynde at skabe nye niveauer i sig selv, et mønster af aktivitet, og til sidst vil man kunne komme frem til noget, vi kan definere som liv. De gamle ideer om at termodynamikken ikke tillader at ting og mønstre kan opstå og være stabile i en glaskolbe gælder ikke, så længe systemet er langt fra en kemisk ligevægt, dvs. løbende får tilført energi og er i stand til at skille sig af med affaldsstoffer.

»Vores kunstige celle får tilført energi, som driver stofskiftet, og det genererer byggeklodserne, som så ved hjælp af såkaldt self-assembly finder deres rette plads i beholderen. På et tidspunkt bliver systemet ustabilt på en sådan måde, at vi får to beholdere, altså en slags replikation,« siger Rasmussen, som håber snart at kunne vise, at den nye beholder så selv vil starte en ny omgang, og på den måde skabe et selv-reproducerende system, som kan udvise variation, udvælgelse og i sidste ende ægte evolution.

Det interessante i projektet er ifølge Rasmussen at lære at kontrollere de skabende kræfter i naturen. Denne viden vil kunne bruges til at ændre og forbedre os og omverdenen, og den vil kunne lave en levende og intelligent teknologi, som vi kan gå i en form for symbiose med. »Og i det rigtig lange perspektiv, tror jeg også at vi kan starte processer, som bliver smartere, dygtigere, og mere intelligente end vi er nu. Den ultimative konsekvens af at skabe nyt liv er jo, at tilvejebringe et nyt evolutionært spring for os mennesker og vores teknologi.«

Syntetisk biologi

I modsætning til denne 'bottom-up' tilgang til kunstigt liv, hvor man lader liv starte på ny, er en anden gruppe af forskere gået i gang med at udforske livets hemmeligheder 'oppefra og ned'. Den berømt-berygtede Craig Venter, der konkurrerede med Det Internationale Humane Genomprojekt om at kortlægge det menneskelige genom, har kastet penge i et stort institut, der vil lave en slags 'reboot' af liv: De vil lave et kunstigt genom og finde det minimale sæt af gener, som er nødvendige for at opretholde liv.

En af instituttets jakkesæt-klædte forskere, Robert M. Friedman, var til stede på konferencen og forklarede, hvordan J. Craig Venter Intituttet allerede har kortlagt de 521 gener af deres valgte forsøgsorganisme, Mycoplasma genitalium, der er en ganske lille parasitisk bakterie, faktisk den mindste, man kender (Se Ingeniøren nr. 16., 18. april 2008). Dernæst er planen at syntetisere disse gener og resten af bakteriens operativsystem, og flytte det ind i en anden celle og få det til at virke.

Dernæst vil de forsøge at lave en minimal celle, hvor man systematisk slår de gener ud, som ikke er vitale for organismen, for til sidst at ende med en organisme, som kun indeholder et absolut minimum af gener for at kunne overleve.

Denne syntetiske basiscelle, der allerede er navngivet som Mycoplasma laboratorium, vil de så bruge som arbejdshest til at lave forskellige andre gener til andre organismer, f.eks. skræddersyet til at lave biobrændsel, brint eller andre ting.

Længere ude i horisonten venter så samme procedure for archea og eukaryoter, som er mere komplicerede celleformer. Så vil gruppen i princippet have syntetiseret alle grundtyper af celler som kendes. De vil være en slags livets grundstoffer. En anden vigtig nyskabning i Venters tilgang, er hele tiden at bruge og videreudvikle ny teknologi for at gøre delprocesserne hurtigere og nemmere. På den måde opstår der et kæmpe spin off af teknologiske biprodukter, som i sig selv kan være hele forskningsprojektet værd.

Er det farligt?

Ifølge Marc Bedau åbner forskningen for en lang række nye risici. Man må f.eks. være forsigtig med, hvordan det kunstigt skabte liv vekselvirker med eksisterende former for liv, og man må tænke på menneskers helbred.

»Liv har en enorm iboende kraft, som kan gå hen og udvikle sig i en anden retning end forudset. Desuden må man forholde sig til folks fordomme til den slags forskning. Frankensteinmyten sidder dybt inde i folk, og da Darwin introducerede sin teori om arternes oprindelse, afviste næste alle hans ideer som latterlige,« forklarer Bedau.

Steen Rasmussen er enig. »Til et møde hos det amerikanske National Institute of Health, NIH, ville man undersøge, i hvor høj grad de forskellige forskningsprojekter inden for kunstigt liv var farlige. Man sammenlignede vores tilgang med Venter-instituttets, hvor man manipulerer eksisterende celler. Efter ganske få minutter blev vi smidt ud, fordi vi var klassificeret som komplet harmløse. Ja, vi fik at vide at vi skulle passe på med giftige kemikalier og huske at overholde procedurerne i laboratoriet, men i forhold til dem, som ændrer på eksisterende organismer, er vi fuldstændigt ufarlige.«

Men farlighed er ikke nødvendigvis ensbetydende med vigtighed.

»Jeg tror nu at man lærer mest om hvad liv er, ved at gøre det selv, helt fra bunden,« siger Steen Rasmussen.

Livets oprindelse

**Hvis livet **startede for 3,8 milliarder år siden på denne klode, så burde det jo egentlig fortsætte med at starte hele tiden. Men hvorfor ser vi ikke noget til det?

En typisk forklaring er, at livet er så specielt og så usandsynligt, at det kun kunne ske en gang. »Jeg er ikke selv særlig glad for den forklaring,« siger Marc Bedau, professor i filosofi på Portland State University i USA.

En anden forklaring er, at når først livet er startet med at udvikle sig, har de efterfølgende 'forsøg' ikke fået et ben til jorden. Det er lidt ligesom i business-verdenen, hvor de første tager hele stikket, af den simple årsag at de har haft et forspring og kunnet tilpasse sig bedre.

**En tredje forklaring er **ifølge Bedau, at der sagtens kunne være helt andre livsformer på denne her jord, men at vi er fuldstændig uvidende om dem.

Der findes forskere som siger, at dette ukendte mikrobiske liv - og det må være mikrobisk, fordi livet på Jorden det meste af tiden har bestået af mikrobielle organismer, findes stadig, måske som en slags ørkenrust eller metaboliske cykler i det dybe hav.

Kommentarer (0)