В новом выпуске StarTalk Нил Деграсс Тайсон и биофизик Керстин Гёпфрих обсуждают одну из самых амбициозных задач современной науки — создание жизни с нуля в лабораторных условиях. Речь идёт не о клонировании или модификации существующих организмов, а о переходе от неживой материи к самовоспроизводящимся системам, способным к неограниченной эволюции.
🧬 Что такое жизнь: от определений NASA к «открытой эволюции» 5:05
В современной науке до сих пор нет единого консенсуса относительно того, что именно считать живым, однако Керстин Гёпфрих опирается на рабочее определение NASA. Согласно ему, жизнь — это самоподдерживающаяся химическая система, способная к дарвиновской эволюции.
Однако Гёпфрих предлагает пойти дальше. По её мнению, для создания по-настоящему полноценной синтетической жизни необходима «открытая эволюция» (open-ended evolution). В отличие от классического дарвинизма, такая система должна уметь:
- Постоянно увеличивать собственную сложность.
- Осваивать новые, изначально не заложенные функции.
- Использовать ландшафт возможностей, где количество генотипов лишь частично заполняет доступное пространство.
В ходе беседы Гёпфрих высказала парадоксальную, на первый взгляд, мысль: для успешной эволюции популяции абсолютно необходима смерть. По словам биофизика, без механизмов отмирания система просто столкнётся с экспоненциальным ростом и мгновенным истощением ресурсов, что остановит развитие. Нил Деграсс Тайсон отметил, что это, пожалуй, самое честное признание биолога о роли смерти в прогрессе.
⚗️ Наследие Миллера — Юри и синтез жизни 8:44
Обсуждение корней синтетической биологии неизбежно возвращает к знаменитому эксперименту Миллера — Юри, проведённому в начале 1950-х годов (около 1952 года). Исследователи воссоздали условия ранней Земли, используя искровые разряды как имитацию молний, и получили аминокислоты из простых неорганических соединений.
Гёпфрих проводит историческую параллель с 1828 годом (XIX век), когда химики впервые синтезировали мочевину. До этого момента считалось, что органические молекулы могут производиться только живыми существами. Сегодня наука стоит на пороге аналогичного прорыва: доказательства того, что человек может не просто синтезировать молекулы, а осуществить переход от материи к жизни в лаборатории.
🏗️ Инструментарий творца: РНК-нанотехнологии и оригами 12:05
В отличие от классических методов, группа Керстин Гёпфрих работает «снизу вверх». В качестве основного строительного материала они используют не белки, а РНК. Гёпфрих называет это «РНК-нанотехнологиями» или «РНК-оригами».
Основные этапы процесса:
- Проектирование: Сначала нужная 3D-структура рассчитывается на компьютере.
- Синтез гена: Создаётся искусственный фрагмент ДНК, кодирующий эту структуру.
- Транскрипция: В процессе считывания молекула РНК сворачивается в заданную форму (например, в элемент скелета клетки или пору для мембраны).
- Проверка: Готовые молекулы изучаются с помощью криоэлектронной микроскопии, позволяющей видеть отдельные наноструктуры.
Биофизик утверждает, что использование РНК вместо белков позволяет радикально упростить систему. Если для трансляции белка из РНК в современной клетке требуется около 150 различных компонентов (генов), то РНК-мир позволяет совместить хранение информации (генотип) и выполнение функций (фенотип) в одной молекуле. Гёпфрих называет это «кратчайшим путем» к созданию синтетической жизни.
🌌 Инопланетная жизнь и «леворукость» молекул 23:48
Нил Деграсс Тайсон задался вопросом: насколько неизбежен именно наш путь развития жизни? Гёпфрих считает, что эволюционный ландшафт огромен, и мы видим лишь крошечную его часть. Хотя углерод кажется более универсальным элементом, чем кремний (несмотря на то, что оба могут образовывать четыре связи), формы жизни на других планетах могут использовать совершенно иные метаболические пути.
Особый интерес вызывает проблема хиральности (ручности) молекул. Вся жизнь на Земле использует «леворукие» аминокислоты.
- В эксперименте Миллера — Юри получалась смесь 50/50 левых и правых молекул (рацемическая смесь).
- Гёпфрих признает, что наука до сих пор не знает, почему природа выбрала именно левую сторону.
- Хотя теоретически «праворукие» колонии жизни могли бы существовать, никаких их следов на Земле не обнаружено.
По мнению гостьи, создание зеркальных версий молекул в лаборатории может быть полезно для медицины, так как наши естественные ферменты не смогут их расщепить, что увеличивает стабильность лекарств.
🧪 Этика, безопасность и спасение человечества 35:38
Вопрос о создании «монстра Франкенштейна» в лаборатории неизбежен. Гёпфрих спешит успокоить слушателей: синтетические клетки, которые они создают, крайне хрупки и требуют тщательного ухода. Они не способны «выползти из пробирки» и захватить мир, так как лишены естественной устойчивости, выработанной миллиардами лет эволюции.
Тем не менее, вопросы биосодержания и этики остаются приоритетными. Спикеры сошлись во мнении, что для синтетических организмов должны применяться те же строгие правила биобезопасности, что и для генно-модифицированных систем.
Практическая польза этих исследований выходит далеко за рамки чистого любопытства:
- Новое производство: Создание материалов, способных к эволюции и самовосстановлению (например, по аналогии с деревьями, поглощающими CO2).
- Медицина: РНК-оригами позволяют создавать терапевтические молекулы, стабильные при комнатной температуре. Современные мРНК-вакцины требуют глубокой заморозки, но сложные 3D-структуры из РНК могут храниться на полке днями.
В завершение беседы Керстин Гёпфрих подчеркнула, что её движет фундаментальное человеческое любопытство — желание понять, что такое жизнь, создав её собственными руками.
