生命的迹象

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定代表《大众科学》的观点。


每个科学学科都有其自身的实践、语言、文献体系、对邻近学科的傲慢看法以及对自身在公认的智力等级中所处位置的观念,这在典型的优秀 XKCD 漫画中得到了完美的体现。在学科之间模糊的边界上,存在着融合的领域——物理化学、化学生物学、生物人类学——以及新兴学科,例如我自己的合成生物学领域(一种不同的应用生物学)。要确切知道何时从一个学科跨越到另一个学科的边界通常很困难,但从内部向外看,更容易划定自己领域的边界。

当我思考《大众科学》博客化学日的化学主题时,这些一直萦绕在我的脑海中。有机化学、化学生物学和生物化学是巨大的、极其丰富的领域,它们将化学和生物学融合在一起,但是是什么将像生物学这样的“应用化学”和“纯”化学区分开来呢?所有细胞都由化学物质组成,但是化学物质的集合何时会变得有生命

这是一个大问题,对于一小群在化学和生物学之间工作的研究人员来说,研究地球上生命的起源是至关重要的。对于许多研究人员来说,试图了解数十亿年前生命是如何开始的,意味着试图重现从化学物质集合到生物体的难以定义的转变。但是在开始混合化学物质之前,您必须首先确定您对生命的定义是什么。最近的《纽约时报》文章描述了该领域的工作,并介绍了关于生命定义的讨论。


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生物学家对于生命的定义应该是什么,或者是否有必要定义生命并没有达成一致。但大多数人确实认为,进化和适应能力是生命的根本。他们也一致认为,拥有第二个生命例子可以为了解生命是如何开始的,生命在宇宙中是特殊还是不特殊提供见解,并为我们如何在星空中偶然发现生命时识别生命提供线索。

事实上,生物学家最常用的定义来自 NASA,将生命定义为“能够进行达尔文进化的自我维持的化学系统”。文章接着描述了圣地亚哥斯克里普斯研究所 Gerald Joyce 实验室的工作,该实验室似乎已在试管中部分实现了生命的这些基本要求。他们设计的化学系统是 RNA 链的集合,可以将两个较小的 RNA 片段连接成原始链的形状。不同的 RNA 分子可能在其序列中存在错误,并竞争相同的较小片段池,从而形成分子可以进化的情景。这些复制和进化的分子集合是活着的吗?大多数人会说不(尚未?),但也许它们存在于连接化学物质和生命的“生命力”尺度上的某个位置。

在我们探索化学和生物学之间边界的这一点上,我们遇到了另一个模糊的边界,即生物学和哲学之间的边界。有什么东西可以部分活着吗? 50% 活着是什么样的?当合成生物学家制造具有有用功能的类生命细胞时,当我们试图理解这些问题时,会涌现出什么学科? James King 是一位推测设计师,他在科学与艺术、生命与非生命之间的边界工作中探索这些问题。他的 Cellularity 项目为未来制药行业创造的合成生物提出了一个生命力尺度。

艺术可以用不同的方式将这些问题变为现实,并将生命带入化学物质。 Rachel Armstrong 是一位研究人员,她探索如何使用生物技术和智能化学来制造可持续建筑,使用原细胞——水中油滴,可以类似于细胞膜——作为沉积涂料或硬化表面的工具,但也作为一种推动我们认为活着的事物边界的方式。她的电影跟踪了原细胞在水中蠕动时的生命。

当我第一次在维也纳的 Bio:Fiction 电影节上看到这部电影时,我被原细胞的奇异而美丽的运动所吸引,但是拟人化的字幕让我感到不舒服。水中的油滴怎么会感觉到任何东西、想要任何东西、爱任何东西呢?这些词在人类语境中意味着某些东西,但是当我们试图将它们应用于其他生物现象时,尤其是在进化方面(进化从不想要任何东西),它们会给我们带来麻烦。但也许我的不适也是因为字幕使原细胞的随机运动看起来像是故意的,使气泡看起来真的像是活着的。当其中一个“死亡”时,我感到悲伤,当它们“恋爱”时,我感到快乐。这些词足以激发真正的人类情感,使原细胞通过了某种情感图灵测试(很像最近一集 RadioLab 中孩子们倒拿着菲比娃娃的精彩场景)。仅仅看起来像是活着就将它们置于生命与非生命之间那条令人不安和复杂的尺度上的某个位置,也许这已经足够有生命力了。

Christina Agapakis is a biologist, designer, and writer with an ecological and evolutionary approach to synthetic biology and biological engineering. Her PhD thesis projects at the Harvard Medical School include design of metabolic pathways in bacteria for hydrogen fuel production, personalized genetic engineering of plants, engineered photosynthetic endosymbiosis, and cheese smell-omics. With Oscillator and Icosahedron Labs she works towards envisioning the future of biological technologies and synthetic biology design.

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