Încă din copilărie, ființele vii au stârnit interes și admirație în mine. Mi-am petrecut copilăria în nordul Californiei, unde am jucat deseori în natură printre plante și animale.
Prietenii mei și cu mine am privit albinele în timp ce polenizau florile și le prindeau în pungi cu fermoar pentru a arunca o privire mai bună asupra ochilor lor obsidieni și a părului auriu, și apoi au lăsat insectele libere să meargă la activitățile lor zilnice.
Uneori făceam un arc și o săgeată din tufișul care crește pe site-ul nostru, foloseam scoarța din aceleași tufe ca un arc, iar frunzele de la ele se duceau la peneul săgeților. În excursii pe plajă cu familia, am învățat rapid să găsesc crabi și artropode în ungherele lor, observând bulele în nisip după valul următorului val. Și îmi amintesc în mod viu cum în școala elementară am făcut drumeții într-o groapă de eucalipt în Santa Cruz, unde mii de fluturi Danaid migrați s-au oprit să se odihnească. Ei se agăță de ramurile copacilor în bucăți mari brune, asemănătoare cu frunzele uscate. Și apoi un fluture a început să se miște și s-a dovedit că partea interioară a aripilor sale era portocalie aprinsă.
Aceste momente, precum și multe dintre filmele lui David Attenborough, mi-au întărit fascinația pentru lumea vie a planetei. În timp ce fratele meu mai mic a fost angajat cu entuziasm în kit-ul K'Nex prezentat lui, construind cu multă atenție monturi rulante sau o cale ferată, am încercat să înțeleg cum funcționează pisica noastră. Cum vede ea lumea? De ce purce? Din ce este făcută blana, ghearele și mustața ei? Am cerut o dată o enciclopedie despre animale de Crăciun. După ce am smuls hârtia brună de pe o carte masivă care cântărea aproximativ jumătate din mine, m-am așezat lângă copac câteva ore citind-o. Așadar, nu este surprinzător că am sfârșit să-mi fac o viață scriind articole despre natură și știință.
Dar recent am avut o epifanie care m-a determinat să arunc o privire proaspătă de ce iubesc atât de mult toate lucrurile vii și să mă gândesc într-un mod nou la ceea ce este viața. Cert este că, în tot acest timp, oamenii studiază viața, încă nu îi pot da o definiție clară. Nici astăzi, oamenii de știință nu au o definiție convingătoare și universal acceptată a vieții. M-am gândit la această problemă, mi-am amintit cum fratele meu juca cu entuziasm constructor și eram curios de pisică.
De ce ni se pare că constructorul este neînsuflețit, dar pisica este în viață? Nu sunt nici prima și cea de-a doua mașini până la urmă? Desigur, o pisică este un mecanism mult mai complex, capabil de fapte uimitoare, pe care designerul nu le va putea repeta niciodată. Dar la cel mai de bază nivel, care este diferența dintre o mașină neînsuflețită și un organism viu? Ce, oamenii, pisicile, crabii și alte creaturi aparțin unei categorii, iar constructorii, calculatoarele, stelele și pietrele alteia? Concluzia mea: nu. Mai mult, am decis că viața nu există cu adevărat.
Video promotional:
Lasă-mă să explic
Încercările formale de a da o definiție precisă a vieții au fost întreprinse chiar și pe vremea filozofilor greci antici. Aristotel credea că, spre deosebire de neînsuflețit, toate lucrurile vii au un suflet, iar sufletul este de trei tipuri: în plante, în animale și un suflet rațional, care este exclusiv la oameni. Anatomistul grec Galen a sugerat un sistem similar, bazat pe organ, de „spirit de viață” în plămâni, circulație și sisteme nervoase. În secolul al XVII-lea, medicul și chimistul german George Erns Stahl și alți savanți au avansat o teorie care a fost numită ulterior vitalism.
Vitaliștii au susținut că „organismele vii sunt fundamental diferite de entitățile neînsuflețite, pentru că conțin un element intangibil și sunt guvernate de principii diferite decât în lucrurile neînsuflețite”, precum și că substanțele organice (molecule care conțin carbon și hidrogen și create organismele vii) nu pot fi sintetizate din anorganice (acestea sunt molecule în care nu există carbon, care apare în principal ca urmare a proceselor geologice). Experimentele ulterioare au arătat inconsecvența completă a vitalismului: substanțele anorganice pot fi transformate în substanțe organice atât în condiții de laborator, cât și în afara pereților laboratoarelor.
În loc să insufle organismelor „o anumită forță intangibilă”, alți oameni de știință au încercat să obțină un anumit set de caracteristici fizice care diferențiază traiul și non-viața. Astăzi, din cauza lipsei unei definiții concise a vieții în cărțile lui Campbell și în alte manuale de biologie utilizate pe scară largă, există o listă extinsă de caracteristici definitorii, de exemplu: ordinea (faptul că multe organisme constau fie dintr-o celulă cu diviziuni și organele diferite, fie grupuri de celule ordonate).), creștere și dezvoltare (modificarea dimensiunii și a formei într-o manieră previzibilă), homeostază (stabilitatea compoziției mediului intern, care diferă de cea externă, precum și echilibrul funcțiilor biofiziologice, de exemplu, reglarea gradului de aciditate și concentrație de sare), metabolism (cheltuieli energetice pentru creștere și pentru încetinirea îmbătrânirii),reacția la stimuli (schimbarea comportamentului ca răspuns la lumină, temperatură, substanțe chimice și alte componente ale mediului), reproducere (reproducere vegetală sau împerechere pentru a produce noi organisme cu transferul informațiilor genetice de la o generație la alta) și evoluție (schimbare în timp a geneticii caracteristicile populației).
Logica unor astfel de liste poate fi foarte ușor infirmată. Nimeni nu a reușit vreodată să compileze un astfel de set de proprietăți fizice în care toate lucrurile vii sunt combinate și tot ceea ce numim neînsuflețit este exclus. Întotdeauna există excepții. Deci, majoritatea oamenilor nu consideră că cristalele sunt vii, dar sunt foarte organizate și cresc. De asemenea, focul consumă energie și crește. În schimb, bacteriile, tardigenele și chiar unele crustacee pot hiberna mult timp, iar în acest moment nu cresc, nu se metabolizează și nu se schimbă deloc, deși nici nu pot fi numite moarte.
Ce categorie putem clasifica o frunză căzută dintr-un copac? Majoritatea oamenilor ar fi de acord că o frunză atașată de un copac este în viață. Numeroasele sale celule lucrează neobosit pentru a transforma lumina solară, dioxidul de carbon și apa în nutrienți, printre altele. Când o frunză se desface de un copac, celulele sale nu își încetează imediat activitatea. Moare când cade la pământ, când atinge pământul sau când toate celulele sale mor? Dacă smulgeți o frunză dintr-un copac și o așezați într-un mediu nutritiv în laborator, unde celulele frunzelor sunt pline și fericite, este viața asta?
Aproape toate caracteristicile propuse ale vieții se încadrează în această situație. Răspunsul la mediu - această proprietate aparține nu numai organismelor vii. Am inventat nenumărate mașini care fac la fel. Și chiar reproducerea nu este o trăsătură definitorie a vieții. În multe cazuri, un animal individual nu se poate reproduce de unul singur.
Se dovedește că două pisici sunt vii, pentru că împreună pot da naștere la pisici noi și una nu poate, deoarece nu se poate reproduce de la sine și poate transmite genele sale. Amintiți-vă, de asemenea, nemuritorul medric turritopsis nutricula, care se poate întoarce la nesfârșit de la stadiul „adult” al meduzei la stadiul „copil” al polipului. Nu reproduce urmași, nu se reproduce vegetativ și nici nu îmbătrânește în mod tradițional - cu toate acestea, majoritatea oamenilor ar fi de acord că această meduză este în viață.
Dar evoluția? Capacitatea de a stoca informații în moleculele de ADN și ARN, de a transmite aceste informații urmașilor și de a se adapta la schimbarea condițiilor de mediu prin schimbarea informațiilor genetice - desigur, aceste talente nu sunt posedate numai de ființele vii. Mulți biologi s-au concentrat asupra evoluției ca trăsătură esențială și distinctivă a vieții.
La începutul anilor 1990, Gerald Joyce de la Scripps Research Institute a făcut parte dintr-un grup consultativ pentru John Rummel, care la acea vreme a condus programul de biologie extraterestră al NASA. În timpul discuțiilor despre cele mai bune modalități de a găsi viața în alte lumi, Joyce și colegii săi au creat o definiție funcțională foarte populară a vieții de azi: un sistem independent capabil să evolueze Darwinian. Definiția este clară, concisă și cuprinzătoare. Dar funcționează în practică?
Să vedem cum se aplică această definiție pentru viruși, ceea ce complică cel mai mult căutarea unei definiții a vieții. De fapt, virusurile sunt catene de ADN sau ARN ambalate într-un strat proteic. Nu au celule, nu au metabolism, dar au gene și se pot dezvolta. Cu toate acestea, după cum explică Joyce, pentru a deveni un „sistem de sine stătător”, un organism trebuie să conțină toate informațiile de care are nevoie pentru a reproduce evoluția darwinistă. El afirmă că, din cauza acestei afecțiuni, virusurile nu se încadrează în definiția de lucru. La urma urmei, virusul trebuie să invadeze celula și să o capteze pentru a se reproduce. "Genomul viral se dezvoltă doar în celula gazdă", a declarat Joyce într-un interviu recent.
tardigrade
Dar când vă gândiți la asta, definiția de lucru a NASA nu este mai bună să surprindă ambiguitatea unui virus decât orice altă definiție propusă. Viermele parazit care trăiește în intestinul uman, pe care mulți îl consideră o formă de viață dezgustătoare, dar destul de reală, are toate informațiile genetice necesare reproducerii. Dar parazitul nu se poate reproduce în niciun fel fără celule și molecule din intestinul uman, din care fură energia necesară supraviețuirii. În același mod, un virus are toate informațiile genetice de care are nevoie pentru a le reproduce, dar îi lipsește aparatul celular necesar. Afirmația că situația cu viermele parazitar este radical diferită de cea cu virusul este un argument destul de slab.
Atât viermele, cât și virusul se înmulțesc și se dezvoltă doar în interiorul „gazdei” lor. De fapt, virusul se reproduce mult mai eficient decât viermele. Virusul se apucă imediat de afaceri și are nevoie doar de câteva proteine din nucleul celular pentru a începe să se multiplice pe scară largă. Iar parazitul are nevoie de un întreg organ al unui alt animal pentru reproducere, iar viermele va obține succesul numai dacă este capabil să supraviețuiască până când crește și depune ouă. Deci, dacă folosim definiția de lucru a NASA pentru a exclude virușii din viață, trebuie să excludem și toți ceilalți paraziți mai mari, inclusiv viermi, ciuperci și plante.
Definirea vieții ca un sistem independent capabil de evoluția darwinistă ne obligă, de asemenea, să recunoaștem că unele programe de calculator sunt în viață. De exemplu, algoritmii genetici imită selecția naturală pentru a găsi soluția optimă la o problemă. Aceste hărți de bituri codifică trăsăturile și proprietățile, evoluează, învechesc unele cu altele pentru reproducere și chiar schimb de informații. De asemenea, platformele software precum Avida creează „organisme digitale” formate din biți digitali care mută în același mod în care ADN-ul mută. Cu alte cuvinte, ele evoluează și ele. "Avida nu este o simulare a evoluției, este un exemplu al acesteia", a declarat Robert Pennock, de la Universitatea de Stat din Michigan, lui Carl Zimmer în programul său Discover. - Există un proces de selecție naturală. Toate componentele procesului darwinian sunt prezente acolo. Aceste lucruri se reproduc, se mută, concurează între ele. Dacă acesta este principalul lucru în definirea vieții, atunci trebuie luate în considerare și aceste lucruri ".
Aș spune că în sine laboratorul lui Joyce a rezolvat o lovitură devastatoare asupra definiției funcționale a vieții a NASA. El, împreună cu mulți alți oameni de știință, preferă teoria originii vieții numită „Lumea ARN”. Toată viața de pe planeta noastră depinde de ADN și ARN. În organismele vii moderne, ADN-ul stochează informațiile necesare pentru a crea proteine și mecanisme moleculare care funcționează împreună pentru a forma o celulă chinuitoare. La început, oamenii de știință au crezut că numai proteinele, enzimele, ar putea acționa ca un catalizator pentru reacția chimică necesară pentru construirea structurii celulare.
În anii 1980, Tomas Cech și Sidney Altman au descoperit că, interacționând cu diferite enzime proteice, multe tipuri de enzime ARN, sau ribozimele, citesc informațiile codate în ADN și construiesc diferite părți ale celulei pas cu pas. Ipoteza Lumii ARN afirmă că primele organisme de pe planeta noastră au îndeplinit toate aceste sarcini de stocare și utilizare a informațiilor genetice exclusiv cu ajutorul ARN-ului și fără ajutorul ADN-ului și al unui întreg set de enzime proteice.
Cum se poate întâmpla? Așa. Cu aproximativ patru miliarde de ani în urmă, nucleotidele libere din supa primordială a pământului, care sunt blocurile de construcție ale ARN și ADN-ului, combinate în lanțuri tot mai lungi și, în timp, au produs ribozime suficient de mari și complexe pentru a crea copii noi. Astfel, au fost mult mai probabil să supraviețuiască decât cei care nu pot reproduce ARN. Aceste enzime timpurii au învăluit membranele de auto-asamblare, formând celulele inițiale. Ribozimele nu numai că au creat mai mult ARN, dar ar putea lega nucleotidele în catene de ADN. Nucleotidele ar putea, de asemenea, forma spontan ADN.
Oricum, ADN-ul a înlocuit ARN-ul ca moleculă principală pentru stocarea informațiilor, deoarece este mai stabil. Și proteinele au început să joace rolul catalizatorilor, deoarece sunt foarte diverse și ușor adaptabile. Cu toate acestea, celulele organismelor moderne conțin încă resturi ale lumii ARN originale. Astfel, ribozomii, care sunt un set de ARN și proteine care sintetizează proteine din aminoacizi, sunt ribozime. Există, de asemenea, un grup de viruși care utilizează ARN ca material genetic principal.
Pentru a testa ipoteza RNA World, Joyce și alții au încercat să creeze tipurile de ribozime care se replică de la sine, care ar fi putut exista cândva în supa primordială a Pământului. La mijlocul anilor 2000, Joyce și Tracey Lincoln au creat trilioane de secvențe de ARN aleatoare și fără legătură în laborator, similare cu ARN-urile timpurii care puteau concura între ele miliarde de ani în urmă.
În plus, au creat secvențe izolate care au arătat accidental capacitatea de a conecta alte două bucăți de ARN. Opunându-se între ele astfel de secvențe, această pereche a produs în cele din urmă două ribozime care se puteau reproduce la nesfârșit, atât timp cât primeau suficiente nucleotide. Aceste molecule ARN goale sunt capabile să nu se reproducă, ci pot muta și evolua. Ribozimele, de exemplu, au modificat mici segmente ale codului lor genetic pentru a se adapta la schimbarea condițiilor de mediu.
„Se potrivesc definiției funcționale a vieții”, spune Joyce. „Este o evoluție darwiniană independentă”. Cu toate acestea, el nu poate spune cu siguranță dacă ribozimele sunt vii. Pentru a nu se transforma în Doctor Frankenstein, Joyce vrea să vadă cum creația lui își asumă proprietăți complet noi și nu doar modifică ceea ce știe deja să facă. „Cred că lipsa de legătură de aici este că ribozimele trebuie să fie inventive, trebuie să creeze noi soluții”, spune el.
Dar mi se pare că Joyce nu face dreptate la ribozime. Evoluția este o schimbare genetică care apare în timp. Pentru a vedea evoluția în acțiune, nu trebuie să aștepți ca porcii să-și dezvolte aripile și ca ARN-ul să se adune în literele alfabetului. Culoarea ochilor albastri, care a apărut acum 6.000-10.000 de ani, este doar un alt tip de pigment de iris. Acesta este același exemplu de evoluție ca și primii dinozauri cu pene. Dacă definim viața ca „un sistem independent capabil să evolueze darwinian”, atunci nu văd niciun motiv convingător pentru a priva titlul de viață al ribozimelor sau virușilor care se autoreplică. Dar nu văd niciun motiv pentru o respingere completă a acestei definiții funcționale și a tuturor celorlalte definiții ale vieții.
De ce este atât de dificil să definești viața? De ce oamenii de știință și gânditorii timp de secole nu au reușit să găsească o proprietate fizică specifică sau un set de proprietăți care să poată distinge clar trăirea de cea care nu trăiește? Deoarece nu există astfel de proprietăți. Viața este un concept pe care l-am inventat. La nivelul ei de bază, toată materia existentă este un set organizat de atomi și particulele lor constitutive. Acesta este un set incredibil de complex care conține lucruri precum atomul elementar de hidrogen și cel mai complex creier.
Încercând să definim viața, am trasat în mod arbitrar o linie în acest ansamblu complex și am declarat: tot ceea ce se află deasupra ei este viu, și tot ceea ce este sub ea nu este. De fapt, această distincție există doar în creierul nostru. Nu există un prag dincolo de care revigorează brusc un grup de atomi, nu există o distincție clară între viață și non-viață, nu există o scânteie proverbială Frankenstein. Nu putem da o definiție a vieții, deoarece nu există nimic de definit aici.
I-am explicat nervos aceste idei lui Joyce prin telefon, așteptându-l să râdă și să le sune absurd. La urma urmei, el a fost cel care a ajutat NASA să dezvolte definiția vieții. Dar Joyce a numit argumentul „ideal” potrivit căruia viața este doar un concept sau o idee. El este de acord că definirea vieții este, într-un anumit sens, o idee goală. Definiția de lucru există pur și simplu pentru comoditate lingvistică. „Am încercat să ajutăm NASA să găsească viață extraterestră”, spune el. „Nu am putea folosi cuvântul„ viață”în fiecare alineat fără a-l defini.”
Carol Cleland, filozof la Universitatea Colorado din Boulder, care a petrecut mulți ani cercetând încercările de a descrie viața, consideră greșit să încerce să o definească cu exactitate. Dar ea nu este încă pregătită să nege viața în realitatea ei fizică. „A concluziona că nu există nicio natură adevărată a vieții este la fel de prematură ca definirea ei”, spune ea. „Mi se pare că cea mai bună opțiune în astfel de condiții este de a considera criteriile finale ale vieții ca fiind ipotetice și speculative”.
Ceea ce avem cu adevărat nevoie, scrie Cleland, este „o teorie generală suficient de fundamentată și adecvată a vieții”. Face comparații cu chimiști din secolul al XVI-lea. Înainte ca oamenii de știință să-și dea seama că aerul, murdăria, acizii și toate substanțele chimice sunt formate din molecule, nu puteau defini apa. Ei ar putea enumera proprietățile sale - umede, transparente, fără gust, îngheață, pot dizolva multe alte substanțe - dar nu au fost în stare să o caracterizeze cu exactitate până când cercetătorii au descoperit că apa este doi atomi de hidrogen în combinație cu un atom de oxigen.
Sare, murdare, nuanțate, lichide, înghețate - apa este întotdeauna H2O. Poate conține alte elemente ca o impuritate, dar cei trei atomi care alcătuiesc ceea ce numim apă sunt întotdeauna prezenți în ea. Acidul azotic poate să semene cu apa, dar nu este apă, deoarece cele două substanțe au structuri moleculare diferite. Cleland spune o dimensiune a eșantionului mult mai mare pentru a crea o teorie a vieții care să se potrivească teoriei moleculare. Ea susține că până acum avem un singur exemplu despre ceea ce este viața - aceasta este viața pământească, care se bazează pe ADN și ARN. Cum poți crea o teorie despre mamifere, observând doar zebre? Cleland concluzionează că aici ne aflăm în încercările noastre de a defini ceea ce face viața.
Cluster de bacteriofagi, viruși care au evoluat
Nu sunt de acord cu ea. Desigur, descoperirea unor mostre de viață extraterestră pe alte planete ne va extinde înțelegerea despre cum funcționează organismele vii și, mai ales, cum au evoluat. Dar astfel de descoperiri este puțin probabil să ne ajute să dezvoltăm o nouă teorie revoluționară a vieții. Chimiștii din secolul al XVI-lea nu au putut spune cum diferă apa de alte substanțe, pentru că nu au înțeles natura ei fundamentală: nu știau că fiecare substanță este formată dintr-un set de molecule specific și ordonat. Și oamenii de știință moderni știu exact din ce sunt făcute creaturi de pe planeta noastră - celule, proteine, ADN și ARN.
Diferența dintre moleculele de apă, sol și argint de la pisici, oameni și alte lucruri vii nu este „viața”, ci nivelul de complexitate. Oamenii de știință au deja suficiente cunoștințe pentru a explica de ce așa-numitele organisme pot face ceea ce majoritatea celor care nu trăiesc nu pot face. Ei pot spune cum bacteriile își fac copii noi, cum se adaptează rapid la mediul lor și de ce pietrele nu pot. Dar, în același timp, este posibil să nu spună că trăirea este asta și asta, iar neînsuflețitul este acela și că această pereche nu se va uni niciodată.
Recunoscând viața ca concept și idee, în niciun caz nu o privăm de măreția sa inerentă. Nu este vorba despre absența diferențelor materiale dintre cei vii și cei care nu trăiesc. Cel mai probabil, nu vom găsi niciodată o linie clară de divizare între ele, deoarece conceptul de viață și non-viață ca anumite categorii este doar un concept, nu realitate. Tot ceea ce m-a fascinat în viața sălbatică în copilărie este la fel de surprinzător acum, chiar și prin noua mea înțelegere a vieții. Cred că acele lucruri pe care le numim vie, de fapt, unesc nu numai unele dintre proprietățile lor inerente; mai degrabă, sunt unite prin înțelegerea noastră despre ele, dragostea noastră pentru ei și, sincer, aroganța și narcisismul nostru.
În primul rând, am anunțat că totul de pe Pământ poate fi împărțit în două grupuri - vii și non-vii și nu este un secret care grup considerăm cel mai înalt. Mai departe, nu numai că ne-am plasat în primul grup, am insistat ca toate celelalte forme de viață de pe planeta noastră să fie judecate în raport cu noi. Cu cât această formă seamănă mai mult cu noi - cu cât se mișcă, vorbește, simte, gândește - cu atât o considerăm mai vie. Dar, în același timp, un set specific de proprietăți și caracteristici care fac din persoană o persoană este departe de singura cale (și departe de cea mai reușită din punct de vedere al evoluției) de a descrie un lucru viu.
În adevăr, ceea ce numim viață este imposibil fără și este inseparabil de ceea ce considerăm neînsuflețit. Dacă am putea cumva să privim esența fundamentală a planetei noastre, să înțelegem structura ei la toate nivelurile în același timp - de la microscop la macroscopic, am vedea lumea ca un număr nenumărat de boabe de nisip, ca o sferă uriașă tremurândă de atomi. O persoană poate construi castele pe plajă din mii de boabe aproape identice de nisip, să facă meduze și orice altceva pe care nu-l poate imagina decât.
De asemenea, nenumăratii atomi care alcătuiesc totul pe planeta noastră se adună continuu, se dezintegrează și creează un caleidoscop în continuă schimbare a materiei. Multe dintre aceste particule devin munți, oceane și nori; alții produc copaci, pești și păsări. Unele seturi rămân relativ nemișcate și inerte; alții se schimbă cu viteză și puzzle inimaginabil peste complexitatea construcțiilor lor. Ceva face ca constructorul K'Nex și ceva pisică.
Publicare originală: De ce viața nu există cu adevărat
