Większość z nas prawdopodobnie nie musi się zbytnio zastanawiać, aby odróżnić rzeczy żywe od „nie-żyjących”.żywych”. Człowiek jest żywy; skała nie jest. Łatwizna!
Naukowcy i filozofowie nie widzą rzeczy tak jasno. Przez tysiąclecia zastanawiali się nad tym, co sprawia, że coś jest żywe. Wielkie umysły od Arystotelesa do Carla Sagana zastanawiały się nad tym – i wciąż nie udało im się wymyślić definicji, która zadowoliłaby wszystkich. W bardzo dosłownym sensie, nie mamy jeszcze „znaczenia” dla życia.
Jeśli w ogóle, problem zdefiniowania życia stał się jeszcze trudniejszy w ciągu ostatnich około 100 lat. Do XIX wieku dominowała idea, że życie jest wyjątkowe dzięki obecności niematerialnej duszy lub „iskry życiowej”. Idea ta obecnie wypadła z łask w kręgach naukowych. Od tego czasu została wyparta przez bardziej naukowe podejście. Nasa, na przykład, określiła życie jako „samopodtrzymujący się system chemiczny zdolny do ewolucji darwinowskiej”.
Ale definicja Nasa jest tylko jedną z wielu prób przypięcia wszelkiego życia prostym opisem. W rzeczywistości zaproponowano ponad 100 definicji życia, z których większość skupia się na kilku kluczowych atrybutach, takich jak replikacja i metabolizm.
Co gorsza, różne rodzaje naukowców mają różne pomysły na to, co jest naprawdę konieczne, aby zdefiniować coś jako żywe. Podczas gdy chemik może powiedzieć, że życie sprowadza się do pewnych molekuł, fizyk może chcieć omówić termodynamikę.
Aby lepiej zrozumieć, dlaczego życie jest tak trudne do zdefiniowania, poznajmy niektórych naukowców, którzy pracują na granicy oddzielającej istoty żywe od wszystkiego innego.
Wirolodzy: badają szarą strefę na granicy życia, jakie znamy
Czy spotkałeś MRS GREN w szkole? Ta poręczna mnemotechnika to sposób na zapamiętanie przez dzieci siedmiu procesów, które rzekomo definiują życie: ruch, oddychanie, wrażliwość, wzrost, rozmnażanie, wydalanie i odżywianie.
Proponowano ponad 100 definicji życia
Jakkolwiek jest to użyteczny punkt wyjścia do zdefiniowania życia, nie jest on ostateczny. Istnieje mnóstwo rzeczy, których nie sklasyfikowalibyśmy tradycyjnie jako żywe, a które mogą zaznaczyć te pola. Niektóre kryształy, zakaźne białka zwane prionami, a nawet niektóre programy komputerowe są „żywe” według MRS GREN.
Klasycznym przypadkiem granicznym są wirusy. „Nie są one komórkami, nie mają metabolizmu i są obojętne tak długo, jak długo nie napotykają komórki, więc wiele osób (w tym wielu naukowców) dochodzi do wniosku, że wirusy nie są żywe” – mówi Patrick Forterre, mikrobiolog z Instytutu Pasteura w Paryżu.
Forterre ze swojej strony uważa, że wirusy żyją, ale przyznaje, że decyzja zależy od tego, gdzie zdecydujemy się umieścić punkt graniczny.
Pomimo że wirusom brakuje praktycznie wszystkiego, co naszym zdaniem jest wymagane do członkostwa w klubie życia, posiadają one informacje zakodowane w DNA lub RNA. Ten plan życia, wspólny z każdą żywą istotą na naszej planecie, oznacza, że wirusy mogą ewoluować i replikować się – aczkolwiek tylko poprzez przejęcie maszynerii żywych komórek.
Sam fakt, że wirusy – podobnie jak całe życie, jakie znamy – posiadają DNA lub RNA, doprowadził niektórych do sugestii, że wirusy muszą należeć do naszego drzewa życia. Inni twierdzą nawet, że wirusy zawierają wskazówki pozwalające zrozumieć, jak w ogóle zaczęło się życie. Jeśli tak jest, życie zaczyna wyglądać mniej jak czarno-biały byt, a bardziej jak mglista ilość z mylącymi, nie całkiem żywymi, nie całkiem martwymi granicami.
Niektórzy naukowcy przyjęli ten pomysł. Opisują oni wirusy jako istniejące „na granicy między chemią a życiem”. I tu pojawia się ciekawe pytanie: kiedy chemia staje się czymś więcej niż sumą swoich części?
Chemicy: odkrywanie przepisu na życie
„Życie, jakie znamy, opiera się na polimerach opartych na węglu” – mówi Jeffrey Bada ze Scripps Institution of Oceanography w San Diego w Kalifornii. Z tych polimerów – a mianowicie kwasów nukleinowych (budulec DNA), białek i polisacharydów – zbudowana jest praktycznie cała różnorodność życia.
Bada był studentem Stanleya Millera, jednej z połówek duetu stojącego za eksperymentem Miller-Urey w latach 50-tych – jednym z pierwszych eksperymentów badających ideę, że życie powstało z nieożywionych związków chemicznych. Od tego czasu powrócił on do tego słynnego eksperymentu, wykazując, że jeszcze większy zakres biologicznie istotnych cząsteczek powstaje, gdy elektryczność przepuszcza się przez mieszankę związków chemicznych, które, jak się uważa, istniały na pierwotnej Ziemi.
Życie, jakie znamy, może wymagać DNA lub RNA, ale co z życiem, jakiego nie znamy?
Ale te substancje chemiczne nie są żywe. Dopiero kiedy zaczynają robić pewne interesujące rzeczy, takie jak wydalanie i zabijanie się nawzajem, przyznajemy im ten zaszczyt. Więc co jest potrzebne, aby chemikalia dokonały skoku i ożyły? Odpowiedź Bady jest zaskakująca.
„Niedoskonała replikacja cząsteczek informacyjnych oznaczałaby początek zarówno życia, jak i ewolucji, a tym samym przejście od chemii nieożywionej do biochemii”, mówi Bada. Początek replikacji, a w szczególności replikacji, która wiąże się z błędami, prowadzi do powstania „potomstwa” o różnych poziomach zdolności. To molekularne potomstwo może następnie konkurować ze sobą o przetrwanie.
„Jest to w zasadzie ewolucja darwinowska w skali molekularnej”, mówi Bada.
Dla wielu chemików, to właśnie replikacja – proces, który wirusy mogą podjąć tylko z pomocą komórek biologicznych – naprawdę pomaga zdefiniować życie. Fakt, że cząsteczki informacyjne – DNA i RNA – umożliwiają replikację, sugeruje, że są one również istotną cechą życia.
Ale charakteryzowanie życia przez te konkretne substancje chemiczne nie uwzględnia szerszego obrazu. Życie, jakie znamy, może wymagać DNA lub RNA, ale co z życiem, jakiego nie znamy?
Astrobiolodzy: polowanie na dziwnych kosmitów
Podważanie natury obcego życia to trudna sprawa. Wielu badaczy, w tym Charles Cockell i jego koledzy z brytyjskiego Centrum Astrobiologii na Uniwersytecie w Edynburgu, wykorzystuje mikroorganizmy zdolne do przetrwania w ekstremalnych środowiskach jako proxy dla życia pozaziemskiego. Rozumują oni, że życie gdzie indziej może zamieszkiwać bardzo różne warunki, ale prawdopodobnie nadal zachowuje kluczowe cechy życia, jakie rozpoznalibyśmy na Ziemi.
Sagan określił węglocentryczny pogląd na życie pozaziemskie jako „węglowy szowinizm”
„Musimy zachować otwarty umysł na możliwość znalezienia czegoś, co nie mieści się w tej definicji” – mówi Cockell.
Nawet próby wykorzystania naszej wiedzy na temat życia na ziemi w celu wykrycia obcych mogą przynieść mylące rezultaty. Nasa, na przykład, myślała, że ma dobrą roboczą definicję życia w 1976 roku, kiedy sonda kosmiczna Viking 1 dokonała udanego lądowania na Marsie, wyposażona w trzy testy na obecność życia. Jeden test w szczególności wydawał się pokazywać, że na Marsie było życie: poziom dwutlenku węgla w marsjańskiej glebie był wysoki, co sugerowało, że na powierzchni Czerwonej Planety żyły i oddychały mikroby.
W rzeczywistości dwutlenek węgla, który obserwatorzy widzieli uwalniany, jest teraz prawie powszechnie przypisywany mniej ekscytującym zjawiskom niebiologicznych utleniających reakcji chemicznych.
Astrobiolodzy wyciągają wnioski z tych doświadczeń i zawężają kryteria, których używają do poszukiwania obcych – ale na razie poszukiwania te pozostają bezskuteczne.
Tworzenie sztucznego życia jest obecnie pełnoprawną gałęzią nauki
Może jednak astrobiolodzy nie powinni zbytnio zawężać kryteriów poszukiwań. Sagan określił węglocentryczne spojrzenie na życie pozaziemskie jako „węglowy szowinizm”, sugerując, że takie spojrzenie może powstrzymać poszukiwania istot pozaziemskich.
„Ludzie sugerowali, że obcy mogą być na bazie krzemu lub różnych rozpuszczalników” – mówi Cockell. „Były nawet dyskusje o pozaziemskich inteligentnych organizmach chmurowych.”
W 2010 roku odkrycie bakterii z DNA zawierającym arsen w miejsce standardowego fosforu miało wielu astrobiologów podekscytowanych. Chociaż te odkrycia zostały od tego czasu zakwestionowane, wielu z nich wciąż ma nadzieję na demonstracje życia, które nie przestrzega konwencjonalnych reguł. Tymczasem niektórzy naukowcy pracują nad formami życia, które w ogóle nie opierają się na chemii.
Technologowie: budowanie sztucznego życia
Kiedyś domena fantastyki naukowej, tworzenie sztucznego życia jest obecnie pełnoprawną gałęzią nauki.
Próbuje ona przyjąć bardzo szerokie spojrzenie na to, czym jest życie
Na jednym poziomie sztuczne życie może obejmować biologów tworzących nowe organizmy w laboratoriach poprzez zszywanie części dwóch lub więcej istniejących form życia. Ale może to być również nieco bardziej abstrakcyjne.
Od lat 90-tych, kiedy to oprogramowanie komputerowe Tierra Thomasa Raya zademonstrowało syntezę i ewolucję cyfrowych „form życia”, naukowcy próbują stworzyć programy komputerowe, które naprawdę symulują życie. Istnieją nawet zespoły, które zaczynają badać tworzenie robotów o cechach zbliżonych do życia.
„Nadrzędną ideą jest próba zrozumienia istotnych właściwości wszystkich żywych systemów, nie tylko tych, które występują na Ziemi” – mówi ekspert ds. sztucznego życia Mark Bedau z Reed College w Portland w stanie Oregon. „To próba bardzo szerokiego spojrzenia na to, czym jest życie, podczas gdy biologia skupia się na formach, które znamy.”
Jednakże wielu badaczy zajmujących się sztucznym życiem wykorzystuje to, co wiemy o życiu na Ziemi, aby ugruntować swoje badania. Bedau mówi, że naukowcy używają czegoś, co nazywa „modelem PMC” – programu (na przykład DNA), metabolizmu i pojemnika (na przykład ściany komórki). „Ważne jest, aby zauważyć, że nie jest to definicja życia w ogóle, a jedynie definicja minimalnego życia chemicznego” – wyjaśnia.
Może rzeczy, które uważamy za niezbędne, są tak naprawdę tylko specyficzne dla życia na Ziemi
Dla tych badaczy sztucznego życia, którzy pracują nad niechemicznymi formami życia, ich zadaniem jest stworzenie programowych lub sprzętowych wersji tych składników PMC.
„Zasadniczo nie sądzę, aby istniała ostra definicja, ale musimy mieć coś, do czego możemy dążyć” – mówi Steen Rasmussen, który pracuje nad stworzeniem sztucznego życia na Uniwersytecie Południowej Danii w Odense. Zespoły z całego świata pracowały nad poszczególnymi elementami modelu PMC, tworząc systemy demonstrujące ten czy inny jego aspekt. Jednak jak dotąd nikomu nie udało się zebrać ich wszystkich razem w działającą syntetyczną formę życia.
„To proces oddolny, budowanie go kawałek po kawałku” – wyjaśnia.
Badania nad sztucznym życiem mogą ostatecznie przynieść efekty na szerszą skalę, pozwalając na stworzenie życia całkowicie obcego naszym oczekiwaniom. Takie badania mogłyby pomóc na nowo zdefiniować, co rozumiemy przez życie. Ale naukowcy nie są jeszcze na tym etapie, mówi Bedau. „Nie muszą się martwić o definiowanie wszystkich form życia; może porozmawiają o tym przy piwie, ale nie muszą tego uwzględniać w swojej pracy” – mówi.
Filozofowie: próba rozwiązania zagadki życia
Skoro więc nawet ci, którzy szukają – i budują – nowe życie, nie martwią się jeszcze o uniwersalną definicję, czy naukowcy powinni przestać się przejmować próbami jej wymyślenia? Carol Cleland, filozof z University of Colorado w Boulder, uważa, że tak. Przynajmniej na razie.
Człowiek ma tendencję do definiowania w kategoriach tego, co znane. Ale podstawowe prawdy mogą nie być znajome
„Jeśli próbujesz uogólnić o ssakach za pomocą zebry, jaką cechę wybierzesz?” pyta. „Na pewno nie ich gruczoły mlekowe, bo tylko połowa z nich je posiada. Ich paski wydają się oczywistym wyborem, ale to tylko przypadek. To nie one czynią zebrę ssakami.”
Tak samo jest z życiem. Może rzeczy, które uważamy za niezbędne, są tak naprawdę po prostu specyficzne dla życia na Ziemi. W końcu wszystko, od bakterii po lwy, wywodzi się od jednego wspólnego przodka, co oznacza, że na naszym wykresie życia we Wszechświecie mamy tak naprawdę tylko jeden punkt danych.
Słowami Sagana: „Człowiek ma tendencję do definiowania w kategoriach tego, co znane. Ale podstawowe prawdy mogą nie być znane.”
Dopóki nie odkryjemy i nie zbadamy alternatywnych form życia, nie możemy wiedzieć, czy cechy, które uważamy za niezbędne do życia, są rzeczywiście uniwersalne. Stworzenie sztucznego życia może być sposobem na zbadanie alternatywnych form życia, ale przynajmniej na krótką metę łatwo sobie wyobrazić, jak każda forma życia wymyślona w komputerze będzie pod wpływem naszych uprzedzeń na temat systemów żywych.
Definicja może w rzeczywistości utrudnić poszukiwanie nowego życia
Aby właściwie zdefiniować życie, być może będziemy musieli znaleźć jakichś kosmitów.
Jak na ironię, próby ustalenia definicji życia, zanim odkryjemy tych kosmitów, mogą w rzeczywistości uczynić ich trudniejszymi do znalezienia. Jakaż byłaby to tragedia, gdyby w latach 2020-tych nowy łazik marsjański przejechał obok Marsjanina, tylko dlatego, że nie uznaje go za żywego.
„Definicja może w rzeczywistości utrudnić poszukiwanie nowego życia”, mówi Cleland. „Musimy odejść od naszej obecnej koncepcji, abyśmy byli otwarci na odkrywanie życia, jakiego nie znamy.”
Dołącz do ponad sześciu milionów fanów BBC Earth, polubiając nas na Facebooku, lub śledź nas na Twitterze i Instagramie.
Jeśli podobała Ci się ta historia, zapisz się na cotygodniowy newsletter bbc.com features o nazwie „If You Only Read 6 Things This Week”. Ręcznie dobrany wybór historii z BBC Future, Earth, Culture, Capital, Travel i Autos, dostarczony do Twojej skrzynki odbiorczej w każdy piątek.