Was ist Leben? Während des größten Teils des 20. Jahrhunderts beschäftigte dieses Thema Biologen nicht sonderlich. Das Leben ist ein Begriff für Dichter, nicht für Wissenschaftler, sagte der synthetische Biologe Andrew Ellington im Jahr 2008, der seine Karriere damit begann, zu untersuchen, wie das Leben begann. Trotz Ellingtons Worten haben verwandte Ursprungsgebiete des Lebens und die astrobiologische Forschung ihren Fokus auf den Sinn des Lebens erneuert. Um eine andere Form zu erkennen, die das Leben vor vier Milliarden Jahren angenommen haben könnte, oder eine Form, die es auf anderen Planeten angenommen haben könnte, müssen Wissenschaftler verstehen, was tatsächlich etwas lebendig macht.
Das Leben ist jedoch ein bewegendes Ziel, wie Philosophen seit langem bemerken. Aristoteles betrachtete "Leben" und "Leben" als unterschiedliche Konzepte - letzteres war in seinem Fall eine Sammlung existierender Kreaturen, die unsere Welt bewohnen, wie Hunde, Nachbarn und Bakterien auf der Haut. Um das Leben zu kennen, müssen wir die Lebenden untersuchen; Aber das Leben verändert sich immer in Raum und Zeit. Bei dem Versuch, das Leben zu definieren, müssen wir das Leben berücksichtigen, das wir kennen und das wir nicht kennen. Laut dem Ursprungsforscher Pierre Luigi Luisi von der Universität Roma Tre gibt es das Leben als das Jetzt, das Leben als es sein könnte und das Leben als es einmal war. Diese Kategorien weisen auf das Dilemma hin, mit dem sich mittelalterliche mystische Philosophen befassen. Das Leben ist, wie sie bemerkt haben, immer viel mehr als das Leben, und aus diesem Grund paradoxerweisees wird den Lebenden niemals zur Verfügung stehen. Aufgrund dieser Kluft zwischen dem wirklichen Leben und dem möglichen Leben konzentrieren sich viele Definitionen des Lebens auf seine Fähigkeit, sich zu verändern und zu entwickeln, anstatt sich darauf zu beschränken, feste Eigenschaften des Lebens zu definieren.
Kann Leben in einem Labor geschaffen werden?
In den frühen neunziger Jahren half der Biologe Gerald Joyce, der jetzt am Salk-Institut für biologische Forschung in Kalifornien arbeitet, die NASA bei der Entwicklung einer der am häufigsten verwendeten Definitionen des Lebens, während er die NASA über die Möglichkeiten des Lebens auf anderen Planeten beriet. Es ist als chemische darwinistische Definition bekannt: "Das Leben ist ein sich selbst tragendes chemisches System, das zur darwinistischen Evolution fähig ist." Nach jahrzehntelanger Arbeit veröffentlichte die Gruppe von Joyce 2009 einen Artikel, in dem ein RNA-Molekül beschrieben wurde, das in der Lage ist, seine eigene Synthesereaktion zu katalysieren, um mehr Kopien von sich selbst zu erstellen. Dieses chemische System erfüllte Joyces Definition des Lebens. Aber niemand wagte es, sie lebendig zu nennen. Das Problem ist, dass sie nichts Neues oder Ungewöhnliches getan hat.
"Eines Tages wird dieses Genom seinen Schöpfer mit einem Wort überraschen können - einem Trick oder einem neuen Schritt im Spiel des fast Lebens -, das er nicht erwartet zu hören", schrieb die New York Times über die Schöpfung. "Wenn es passiert wäre, wenn es mir passiert wäre, wäre ich glücklich", sagt Dr. Joyce. Und er fügt hinzu: "Ich nehme nicht an zu behaupten, aber es lebt."
Joyce versucht das Leben zu verstehen, indem sie im Labor einfache lebende Systeme erzeugt. Dabei verkörpern er und andere synthetische Biologen neue Lebensarten in lebender Form. Jeder Versuch, neue Lebensformen zu synthetisieren, weist darauf hin, dass es viel mehr, vielleicht unendlich mehr mögliche Lebensformen gibt. Synthetische Biologen können die Art und Weise, wie sich das Leben entwickelt, oder die Fähigkeiten, die es entwickelt, verändern. Ihre Arbeit wirft neue Fragen zur evolutionären Definition des Lebens auf. Wie kann man das Leben kategorisieren, das verändert wurde, das ein Produkt eines evolutionären Wendepunkts geworden ist, ein Produkt eines Bruchs in der evolutionären Kette?
Die Entstehungsgeschichte der synthetischen Biologie reicht bis ins Jahr 1977 zurück, als Drew Andy, einer der Begründer der synthetischen Biologie und jetzt Professor für Bioingenieurwesen an der Stanford University in Kalifornien, versuchte, ein Rechenmodell für die einfachste Lebensform zu erstellen, die er finden konnte: den T7-Bakteriophagen, ein Virus, das Bakterien infiziert. Colibacillus. Der Kristallkopf an den gebogenen Beinen dieses Virus ist wie ein Lander, der auf dem Mond landet und einen Bakterienträger ergreift. Dieser Bakteriophage ist so einfach, dass er nach einigen Definitionen nicht einmal als lebendig bezeichnet werden kann. (Wie alle Viren ist es auf die molekulare Entwicklung seiner Wirtszelle angewiesen, um sich zu reproduzieren.) Der T7-Bakteriophage hat insgesamt 56 Gene, und Andy dachte, es wäre möglich, ein Modell zu erstellen, das jeden Teil des Phagen und die Funktionsweise dieser Teile berücksichtigt:Eine ideale Darstellung, die vorhersagt, wie sich ein Phage verändert, wenn eines dieser Gene entfernt oder entfernt wird.
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Andy baute eine Reihe von T7-Bakteriophagenmutanten auf, indem er Gene systematisch ausschaltete oder ihre Position im winzigen T7-Genom änderte. Die mutierten Phagen passen jedoch für sehr kurze Zeit zum Modell. Die Veränderung, die zu ihrer Schwächung hätte führen sollen, führte dazu, dass ihre Nachkommen E. coli-Zellen doppelt so schnell aufbrachen wie zuvor. Hat nicht funktioniert. Schließlich erkannte Andy: "Wenn wir die natürliche Welt modellieren wollen, müssen wir die natürliche Welt neu schreiben, damit sie simuliert wird." Ändern Sie das Gebiet, anstatt nach einer besseren Karte zu suchen. So wurde das Gebiet der synthetischen Biologie geboren. Andy übernahm Methoden aus der Programmierung und begann, das Genom des T7-Bakteriophagen zu "refaktorisieren". Er schuf den T7.1-Bakteriophagen, eine Lebensform, die für den menschlichen Geist leichter zu interpretieren ist.
Der Phage T7.1 ist ein Beispiel für das sogenannte überdarwinistische Leben: ein Leben, das seine Existenz dem menschlichen Design und nicht der natürlichen Auslese verdankt. Bioingenieure wie Andy sehen das Leben auf zwei Arten: als physische Struktur einerseits und als Informationsstruktur andererseits. Theoretisch sollte die ideale Darstellung des Lebens einen unsichtbaren Übergang zwischen Information und Materie, Design und Realisierung aktivieren: Ändern Sie einige DNA-Buchstaben auf Ihrem Computerbildschirm und drucken Sie einen Organismus gemäß Ihrem Design. Mit diesem Ansatz droht die Evolution das Design des Ingenieurs zu verderben. Die Erhaltung des biologischen Designs kann erfordern, dass sich Ihr beabsichtigter Organismus nicht reproduzieren oder entwickeln kann.
Im Gegenteil, Joyces Wunsch, von seinen Molekülen überrascht zu werden, legt nahe, dass die Fähigkeit, die Evolution zu öffnen - „einfallsreich, allmächtig, grenzenlos“- das wichtigste Kriterium des Lebens ist. In Übereinstimmung mit dieser Idee definiert Joyce das Leben nun als ein genetisches System, das mehr Informationen enthält als die Anzahl, die benötigt wird, um es in Gang zu bringen. Wenn wir jedoch gemäß dieser Definition zwei identische Systeme mit unterschiedlichen Geschichten nehmen - eines entworfen und das andere entwickelt -, wird nur das letztere als lebendig betrachtet. Ein rational entworfenes System wird unabhängig von seiner Komplexität einfach ein "technologisches Artefakt" sein.
Design und Evolution sind nicht immer gegensätzlich. Viele synthetische Biologieprojekte verwenden eine Mischung aus rationalem Design und gerichteter Evolution: Sie konstruieren eine Vielzahl mutierter Zellen - in verschiedenen Versionen - und wählen die beste aus. Obwohl Joyces neue Lebensauffassung die Evolution einschließt, erfordert sie eher ein plötzliches Erscheinen als eine lange darwinistische Entwicklung. Emergent Life fügt sich in eine Kultur plötzlicher Innovationen ein, zu deren Ideen das magische Erscheinungsbild einer Arbeitsknospe eines 3D-Druckers gehört. Design und Evolution sind auch kompatibel, wenn Bioingenieure die genetische Vielfalt als Schatzkammer an Designelementen für zukünftige Lebensformen betrachten.
Für einige synthetische Biologen ist der Weg zu dem, was Mystiker Leben jenseits des Lebens nennen - was das Leben, wie wir es kennen, übersteigt - durch biologische Technik. Andy beschreibt seine Berufung mit dem Wunsch, zum Leben beizutragen und neue Arten von "unglaublichen Modellen hervorzubringen, die gedeihen und existieren werden". Joyce kontrastiert Leben und Technologie mit einer grundlegenden thermodynamischen Tendenz zu Unordnung und Verfall. Welche neuen Formen wird das Leben erhalten? Die Zeit wird zeigen.
Ilya Khel