生命的跡象

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每個科學學科都有其自身的實踐、語言、文獻體系、對鄰近學科的傲慢看法以及對自身在公認的智力等級中所處位置的觀念,這在典型的優秀 XKCD 漫畫中得到了完美的體現。在學科之間模糊的邊界上,存在著融合的領域——物理化學、化學生物學、生物人類學——以及新興學科,例如我自己的合成生物學領域(一種不同的應用生物學)。要確切知道何時從一個學科跨越到另一個學科的邊界通常很困難,但從內部向外看,更容易劃定自己領域的邊界。

當我思考《大眾科學》部落格化學日的化學主題時,這些一直縈繞在我的腦海中。有機化學、化學生物學和生物化學是巨大的、極其豐富的領域,它們將化學和生物學融合在一起,但是是什麼將像生物學這樣的“應用化學”和“純”化學區分開來呢?所有細胞都由化學物質組成,但是化學物質的集合何時會變得有生命

這是一個大問題,對於一小群在化學和生物學之間工作的研究人員來說,研究地球上生命的起源是至關重要的。對於許多研究人員來說,試圖瞭解數十億年前生命是如何開始的,意味著試圖重現從化學物質集合到生物體的難以定義的轉變。但是在開始混合化學物質之前,您必須首先確定您對生命的定義是什麼。最近的《紐約時報》文章描述了該領域的工作,並介紹了關於生命定義的討論。


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生物學家對於生命的定義應該是什麼,或者是否有必要定義生命並沒有達成一致。但大多數人確實認為,進化和適應能力是生命的根本。他們也一致認為,擁有第二個生命例子可以為了解生命是如何開始的,生命在宇宙中是特殊還是不特殊提供見解,併為我們如何在星空中偶然發現生命時識別生命提供線索。

事實上,生物學家最常用的定義來自 NASA,將生命定義為“能夠進行達爾文進化的自我維持的化學系統”。文章接著描述了聖地亞哥斯克裡普斯研究所 Gerald Joyce 實驗室的工作,該實驗室似乎已在試管中部分實現了生命的這些基本要求。他們設計的化學系統是 RNA 鏈的集合,可以將兩個較小的 RNA 片段連線成原始鏈的形狀。不同的 RNA 分子可能在其序列中存在錯誤,並競爭相同的較小片段池,從而形成分子可以進化的情景。這些複製和進化的分子集合是活著的嗎?大多數人會說不(尚未?),但也許它們存在於連線化學物質和生命的“生命力”尺度上的某個位置。

在我們探索化學和生物學之間邊界的這一點上,我們遇到了另一個模糊的邊界,即生物學和哲學之間的邊界。有什麼東西可以部分活著嗎? 50% 活著是什麼樣的?當合成生物學家制造具有有用功能的類生命細胞時,當我們試圖理解這些問題時,會湧現出什麼學科? James King 是一位推測設計師,他在科學與藝術、生命與非生命之間的邊界工作中探索這些問題。他的 Cellularity 專案為未來製藥行業創造的合成生物提出了一個生命力尺度。

藝術可以用不同的方式將這些問題變為現實,並將生命帶入化學物質。 Rachel Armstrong 是一位研究人員,她探索如何使用生物技術和智慧化學來製造可持續建築,使用原細胞——水中油滴,可以類似於細胞膜——作為沉積塗料或硬化表面的工具,但也作為一種推動我們認為活著的事物邊界的方式。她的電影跟蹤了原細胞在水中蠕動時的生命。

當我第一次在維也納的 Bio:Fiction 電影節上看到這部電影時,我被原細胞的奇異而美麗的運動所吸引,但是擬人化的字幕讓我感到不舒服。水中的油滴怎麼會感覺到任何東西、想要任何東西、愛任何東西呢?這些詞在人類語境中意味著某些東西,但是當我們試圖將它們應用於其他生物現象時,尤其是在進化方面(進化從不想要任何東西),它們會給我們帶來麻煩。但也許我的不適也是因為字幕使原細胞的隨機運動看起來像是故意的,使氣泡看起來真的像是活著的。當其中一個“死亡”時,我感到悲傷,當它們“戀愛”時,我感到快樂。這些詞足以激發真正的人類情感,使原細胞通過了某種情感圖靈測試(很像最近一集 RadioLab 中孩子們倒拿著菲比娃娃的精彩場景)。僅僅看起來像是活著就將它們置於生命與非生命之間那條令人不安和複雜的尺度上的某個位置,也許這已經足夠有生命力了。

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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