What I'm going to try and do in the next 15 minutes or so is tell you about an idea of how we're going to make matter come alive. Now this may seem a bit ambitious, but when you look at yourself, you look at your hands, you realize that you're alive. So this is a start. Now this quest started four billion years ago on planet Earth. There's been four billion years of organic, biological life. And as an inorganic chemist, my friends and colleagues make this distinction between the organic, living world and the inorganic, dead world. And what I'm going to try and do is plant some ideas about how we can transform inorganic, dead matter into living matter, into inorganic biology.
В следующие 15 минут я расскажу вам идею того, как мы оживим материю. Это может показаться немного амбициозным, но если вы посмотрите на себя, посмотрите на свои руки, вы поймёте, что вы живы. Это для начала. Эти поиски начались 4 миллиарда лет назад на планете Земля. 4 миллиарда лет существования органической, биологической жизни. Я неорганический химик и мои друзья и коллеги различают органический, живой мир, и неорганический, мёртвый мир. Я хочу предложить несколько идей о том, как мы можем преобразовать неорганическую, мёртвую материю в живое вещество, в неорганическое существо.
Before we do that, I want to kind of put biology in its place. And I'm absolutely enthralled by biology. I love to do synthetic biology. I love things that are alive. I love manipulating the infrastructure of biology. But within that infrastructure, we have to remember that the driving force of biology is really coming from evolution. And evolution, although it was established well over 100 years ago by Charles Darwin and a vast number of other people, evolution still is a little bit intangible. And when I talk about Darwinian evolution, I mean one thing and one thing only, and that is survival of the fittest. And so forget about evolution in a kind of metaphysical way. Think about evolution in terms of offspring competing, and some winning.
Прежде чем мы этим займёмся, я хочу определить место биологии. Я очарован биологией. Я люблю синтетическую биологию. Я люблю всё живое. Я люблю управлять инфраструктурой биологии. Однако в этой инфраструктуре, мы должны помнить, что движущая сила биологии в действительности исходит из эволюции. И эволюция, хотя и была открыта более 100 лет назад Чарльзом Дарвином и многими другими людьми, эволюция всё ещё чуть-чуть неуловима. Когда я говорю о дарвиновской эволюции, я имею в виду одну и только одну вещь — выживание наиболее приспособленных. Забудьте об эволюции в метафизическом смысле. Думайте об эволюции как о соревнующемся потомстве, и о его выигрывающей части.
So bearing that in mind, as a chemist, I wanted to ask myself the question frustrated by biology: What is the minimal unit of matter that can undergo Darwinian evolution? And this seems quite a profound question. And as a chemist, we're not used to profound questions every day. So when I thought about it, then suddenly I realized that biology gave us the answer. And in fact, the smallest unit of matter that can evolve independently is, in fact, a single cell -- a bacteria.
Имея это в виду, как химик, я задался вопросом, навязанным биологией: «Какова минимальная единица вещества, которая может эволюционировать по Дарвину?» Кажется, это довольно глубокий вопрос. Как химики, мы не привыкли к глубоким вопросам каждый день. Когда я думал об этом, я внезапно понял, что биология дала нам ответ. На самом деле, минимальной единицей вещества, которая может эволюционировать независимо является одна клетка — бактерия.
So this raises three really important questions: What is life? Is biology special? Biologists seem to think so. Is matter evolvable? Now if we answer those questions in reverse order, the third question -- is matter evolvable? -- if we can answer that, then we're going to know how special biology is, and maybe, just maybe, we'll have some idea of what life really is.
Это даёт начало трём важным вопросам: Что есть жизнь? Особенна ли биология? Биологи уверены что да. Может ли материя эволюционировать? Если отвечать на эти вопросы в обратном порядке, третий вопрос — Может ли материя эволюционировать? — если мы сможем ответить на это, затем мы сможем узнать, насколько особенна биология, и может быть, наверное, получим представление о том, что есть жизнь.
So here's some inorganic life. This is a dead crystal, and I'm going to do something to it, and it's going to become alive. And you can see, it's kind of pollinating, germinating, growing. This is an inorganic tube. And all these crystals here under the microscope were dead a few minutes ago, and they look alive. Of course, they're not alive. It's a chemistry experiment where I've made a crystal garden. But when I saw this, I was really fascinated, because it seemed lifelike. And as I pause for a few seconds, have a look at the screen. You can see there's architecture growing, filling the void. And this is dead. So I was positive that, if somehow we can make things mimic life, let's go one step further. Let's see if we can actually make life.
Вот немного неорганических живых организмов. Вот мёртвый кристалл, я кое-что с ним сделаю, и он оживёт. Можно видеть, что он как бы опыляет, прорастает, растёт. Это неорганическая трубка. Все эти кристаллы под микроскопом, бывшие мертвыми несколько минут назад, выглядят живыми. Конечно, они не живые. Это химический эксперимент, в котором я сделал сад кристаллов. Но когда я это увидел, я был действительно поражён, потому это казалось похожим на жизнь. Я подожду несколько секунд, посмотрите на экран. Можно видеть растущие образования, заполняющие пустоту. И это мёртво. Я был уверен в том, что если мы можем заставить вещи имитировать жизнь, давайте сделаем ещё один шаг вперёд. Давайте попробуем сделать жизнь.
But there's a problem, because up until maybe a decade ago, we were told that life was impossible and that we were the most incredible miracle in the universe. In fact, we were the only people in the universe. Now, that's a bit boring. So as a chemist, I wanted to say, "Hang on. What is going on here? Is life that improbable?" And this is really the question. I think that perhaps the emergence of the first cells was as probable as the emergence of the stars. And in fact, let's take that one step further. Let's say that if the physics of fusion is encoded into the universe, maybe the physics of life is as well. And so the problem with chemists -- and this is a massive advantage as well -- is we like to focus on our elements. In biology, carbon takes center stage. And in a universe where carbon exists and organic biology, then we have all this wonderful diversity of life. In fact, we have such amazing lifeforms that we can manipulate. We're awfully careful in the lab to try and avoid various biohazards.
Однако в этом и есть проблема, потому что вплоть до, может быть, десяти лет назад, нам говорили, что жизнь невозможна и что мы единственное и самое невероятное чудо во вселенной. На самом деле, мы всего лишь люди во вселенной. Скучно ведь. Как химик, я хотел сказать: «Подождите. Что здесь происходит? Жизнь настолько невероятна?» В этом и есть вопрос. Я дума, что появление первых клеток было так же вероятно, как и появление звёзд. На самом деле, давайте сделаем тот самый шаг вперёд. Предположим, если физика синтеза закодирована во вселенной, может быть, физика жизни тоже закодирована в ней. Проблема с химиками — а заодно и огромное преимущество — в том, что мы любим концентрироваться на наших элементах. В биологии, углерод занимает центральное место. Где во вселенной существует углерод и органическая биология, там есть всё чудесное разнообразие жизни. На самом деле, у нас есть такие поразительные формы жизни, которые можно изучить. Мы чрезвычайно осторожны в лаборатории, избегая различных биологических опасностей.
Well what about matter? If we can make matter alive, would we have a matterhazard? So think, this is a serious question. If your pen could replicate, that would be a bit of a problem. So we have to think differently if we're going to make stuff come alive. And we also have to be aware of the issues. But before we can make life, let's think for a second what life really is characterized by. And forgive the complicated diagram. This is just a collection of pathways in the cell. And the cell is obviously for us a fascinating thing. Synthetic biologists are manipulating it. Chemists are trying to study the molecules to look at disease. And you have all these pathways going on at the same time. You have regulation; information is transcribed; catalysts are made; stuff is happening. But what does a cell do? Well it divides, it competes, it survives. And I think that is where we have to start in terms of thinking about building from our ideas in life.
А что насчёт материи? Если мы сможем оживить материю, грозит ли нам вещественная опасность? Подумайте, это серьёзный вопрос. Если ваша ручка могла бы размножаться, это могло бы стать проблемой. Нам нужно думать оригинально, если мы собираемся оживлять материю. Нам нужно помнить о проблемах. Однако прежде чем делать жизнь, давайте на секунду задумаемся, чем характеризуется жизнь. Извините за сложную диаграмму. Это всего лишь набор связей в клетке. Клетка для нас является поразительной вещью. Синтетические биологи управляют ею. Химики пытаются изучать молекулы, чтобы разобраться с болезнями. И в то же время все эти связи работают. Существует регуляция, информация считывается, изготавливаются катализаторы, всё работает. Однако что же делает клетка? Она делится, она соревнуется, она выживает. Я думаю нам нужно начать здесь, чтобы думать о развитии наших идей о жизни.
But what else is life characterized by? Well, I like think of it as a flame in a bottle. And so what we have here is a description of single cells replicating, metabolizing, burning through chemistries. And so we have to understand that if we're going to make artificial life or understand the origin of life, we need to power it somehow. So before we can really start to make life, we have to really think about where it came from. And Darwin himself mused in a letter to a colleague that he thought that life probably emerged in some warm little pond somewhere -- maybe not in Scotland, maybe in Africa, maybe somewhere else. But the real honest answer is, we just don't know, because there is a problem with the origin. Imagine way back, four and a half billion years ago, there is a vast chemical soup of stuff. And from this stuff we came.
Чем ещё характеризуется жизнь? Я думаю об этом, как о пламени в бутылке. Вот описание одиночных клеток, воспроизводящихся, метаболизирующих, сжигающих вещества. Нам нужно понять, что если мы собираемся делать искусственную жизнь или разбираться в происхождении жизни, нам нужно подключить к ней питание. Прежде чем мы на самом деле начнём делать жизнь, нам нужно разобраться, откуда она произошла. Сам Дарвин задумывался в письме коллеге, что он думал, что жизнь, наверное, зародилась где-то в каком-то маленьком тёплом пруду — может быть не в Шотландии, может быть в Африке, может где-то в другом месте. Однако честным ответом будет то, что мы просто не знаем, потому с зарождением есть проблема. Представьте, что четыре с половиной миллиарда лет назад, существует огромный химический суп вещества. И из этого вещества мы произошли.
So when you think about the improbable nature of what I'm going to tell you in the next few minutes, just remember, we came from stuff on planet Earth. And we went through a variety of worlds. The RNA people would talk about the RNA world. We somehow got to proteins and DNA. We then got to the last ancestor. Evolution kicked in -- and that's the cool bit. And here we are. But there's a roadblock that you can't get past. You can decode the genome, you can look back, you can link us all together by a mitochondrial DNA, but we can't get further than the last ancestor, the last visible cell that we could sequence or think back in history. So we don't know how we got here.
Если подумать о невероятной природе того, о чём я расскажу в следующие минуты, просто помните, что мы произошли из вещества на планете Земля. И мы прошли через многообразие миров. РНК-люди могут говорить о РНК-мире. Мы как-то добрались до протеинов и ДНК. Затем мы добрались до последнего предка. Началась эволюция — и вот тут самое интересное. А вот и мы. Но есть непреодолимая преграда. Можно декодировать геном, можно оглянуться назад, можно соединить всех нас посредством митохондриальной ДНК, но мы не можем вернуться раньше последнего предка, последней видимой клетки, которую мы можем оцифровать или отследить в истории. Мы не знаем, как мы добрались сюда.
So there are two options: intelligent design, direct and indirect -- so God, or my friend. Now talking about E.T. putting us there, or some other life, just pushes the problem further on. I'm not a politician, I'm a scientist. The other thing we need to think about is the emergence of chemical complexity. This seems most likely. So we have some kind of primordial soup. And this one happens to be a good source of all 20 amino acids. And somehow these amino acids are combined, and life begins. But life begins, what does that mean? What is life? What is this stuff of life?
Есть два варианта: разумное создание, прямое или непрямое — Бог или мой друг. Говоря о пришельцах, положившим нам начало, или другой жизни, мы просто откладываем проблему на потом. Я не политик, я учёный. Другая вещь, о которой нужно подумать, это появление химического образования. Это видится наиболее вероятным. Есть некий первичный суп. Вот этот оказывается неплохим источником всех 20 аминокислот. И каким-то образом эти аминокислоты соединились и началась жизнь. Началась жизнь, что это значит? Что есть жизнь? В чём суть жизни?
So in the 1950s, Miller-Urey did their fantastic chemical Frankenstein experiment, where they did the equivalent in the chemical world. They took the basic ingredients, put them in a single jar and ignited them and put a lot of voltage through. And they had a look at what was in the soup, and they found amino acids, but nothing came out, there was no cell. So the whole area's been stuck for a while, and it got reignited in the '80s when analytical technologies and computer technologies were coming on.
В 1950-х Миллер и Юри провели свой фантастический эксперимент химического Франкенштейна, они сделали химический аналог. Они взяли базовые составляющие, поместили их в один сосуд, зажгли, и пропустили сквозь них высокое напряжение. Они посмотрели, что оказалось в супе, и нашли аминокислоты, но ничего не вышло, клетки не было. Вся эта область замедлилась на время и оживилась в 80-х, когда появились аналитические и компьютерные технологии.
In my own laboratory, the way we're trying to create inorganic life is by using many different reaction formats. So what we're trying to do is do reactions -- not in one flask, but in tens of flasks, and connect them together, as you can see with this flow system, all these pipes. We can do it microfluidically, we can do it lithographically, we can do it in a 3D printer, we can do it in droplets for colleagues. And the key thing is to have lots of complex chemistry just bubbling away. But that's probably going to end in failure, so we need to be a bit more focused.
В моей лаборатории, мы пытаемся создать неорганическую жизнь, используя много разных форматов реакций. Мы пытаемся проводить реакции, но не в одной колбе, а в десятках колб, соединённых вместе, с помощью системы протоков, видите все эти трубки. Мы можем делать это на микроуровне, литографически, в трёхмерном принтере, мы можем делать это в каплях для коллег. Ключевым моментом является обеспечить просто прохождение большого количества сложных химических реакций. Но, скорее всего, это ничем хорошим не закончится, поэтому нам нужно быть более сосредоточенным.
And the answer, of course, lies with mice. This is how I remember what I need as a chemist. I say, "Well I want molecules." But I need a metabolism, I need some energy. I need some information, and I need a container. Because if I want evolution, I need containers to compete. So if you have a container, it's like getting in your car. "This is my car, and I'm going to drive around and show off my car." And I imagine you have a similar thing in cellular biology with the emergence of life. So these things together give us evolution, perhaps. And the way to test it in the laboratory is to make it minimal.
Ответ, конечно, связан с мышами [MICE=мышь]. Это то, как я запоминаю, что мне нужно как химику. Я думаю: «Мне нужны молекулы». Но мне нужен метаболизм, значит, нужна энергия. Мне нужна информация, и нужен контейнер. Если я хочу запустить эволюцию, мне нужно заставить контейнеры соревноваться. Если есть контейнер, это как сесть в машину. «Это моя машина, сейчас я прокачусь и похвастаюсь моей машиной». Представьте, у вас есть подобная вещь в клеточной биологии с зарождением жизни. Может быть, совмещение этих вещей дало нам эволюцию. Один из путей проверки этого в лаборатории, это сделать это минимальным.
So what we're going to try and do is come up with an inorganic Lego kit of molecules. And so forgive the molecules on the screen, but these are a very simple kit. There's only maybe three or four different types of building blocks present. And we can aggregate them together and make literally thousands and thousands of really big nano-molecular molecules the same size of DNA and proteins, but there's no carbon in sight. Carbon is banned. And so with this Lego kit, we have the diversity required for complex information storage without DNA. But we need to make some containers. And just a few months ago in my lab, we were able to take these very same molecules and make cells with them. And you can see on the screen a cell being made. And we're now going to put some chemistry inside and do some chemistry in this cell. And all I wanted to show you is we can set up molecules in membranes, in real cells, and then it sets up a kind of molecular Darwinism, a molecular survival of the fittest.
Мы попытаемся создать неорганический конструктор Лего из молекул. Извините меня за молекулы на экране, это очень простой набор. Здесь есть, наверно, три или четыре разных типа блоков. Мы можем собрать их вместе и сделать буквально тысячи и тысячи действительно больших нано-молекулярных молекул, такого же размера, как ДНК и протеины, но без углерода. Углерод плох. Этот набор Лего даёт нам разнообразие, необходимое для хранения информации без ДНК. Но нам нужно сделать немного контейнеров. Всего несколько месяцев назад в моей лаборатории, мы смогли сделать эти самые молекулы и сделать из них клетки. На экране можно видеть изготовление клетки. Сейчас мы поместим внутрь немного раствора и проведём реакцию. Я всего лишь хотел показать, что мы можем устанавливать молекулы в мембраны, в настоящих клетках, и затем это запускает в некотором роде молекулярный Дарвинизм, молекулярное выживание наиболее приспособленных.
And this movie here shows this competition between molecules. Molecules are competing for stuff. They're all made of the same stuff, but they want their shape to win. They want their shape to persist. And that is the key. If we can somehow encourage these molecules to talk to each other and make the right shapes and compete, they will start to form cells that will replicate and compete. If we manage to do that, forget the molecular detail.
Этот ролик показывает соревнование между молекулами. Молекулы соперничают за вещество. Они все сделаны из одного и того же вещества, но они хотят, чтобы их форма выиграла. Они хотят, чтобы сохранилась их форма. В этом ключевой момент. Если мы сможем стимулировать эти молекулы общаться, производить правильные формы и соперничать, они начнут формировать клетки, которые начнут реплицироваться и соперничать. Если нам это удастся, забудьте о молекулярных подробностях.
Let's zoom out to what that could mean. So we have this special theory of evolution that applies only to organic biology, to us. If we could get evolution into the material world, then I propose we should have a general theory of evolution. And that's really worth thinking about. Does evolution control the sophistication of matter in the universe? Is there some driving force through evolution that allows matter to compete? So that means we could then start to develop different platforms for exploring this evolution. So you imagine, if we're able to create a self-sustaining artificial life form, not only will this tell us about the origin of life -- that it's possible that the universe doesn't need carbon to be alive; it can use anything -- we can then take [it] one step further and develop new technologies, because we can then use software control for evolution to code in.
Давайте посмотрим, что это может значить. У нас есть специальная теория эволюции, которая применима только к органическим существам, к нам. Если мы смогли привнести эволюцию в материальный мир, значит нам нужна общая теория эволюции. Об этом стоит подумать. Контролирует ли эволюция усложнение вещества во вселенной? Есть ли движущая сила, которая посредством эволюции позволяет материи соперничать? Это означает, что мы сможем начать разрабатывать различные платформы для исследования этой эволюции. Если представить, что мы можем создать самоподдерживающуюся искусственную форму жизни, это не только расскажет нам о зарождении жизни — возможно, что вселенной не нужен углерод для жизни, она может использовать что угодно — но мы сможем сделать ещё один шаг вперёд и разработать новые технологии, потому что мы сможем программно контролировать эволюцию.
So imagine we make a little cell. We want to put it out in the environment, and we want it to be powered by the Sun. What we do is we evolve it in a box with a light on. And we don't use design anymore. We find what works. We should take our inspiration from biology. Biology doesn't care about the design unless it works. So this will reorganize the way we design things. But not only just that, we will start to think about how we can start to develop a symbiotic relationship with biology. Wouldn't it be great if you could take these artificial biological cells and fuse them with biological ones to correct problems that we couldn't really deal with? The real issue in cellular biology is we are never going to understand everything, because it's a multidimensional problem put there by evolution. Evolution cannot be cut apart. You need to somehow find the fitness function. And the profound realization for me is that, if this works, the concept of the selfish gene gets kicked up a level, and we really start talking about selfish matter.
Представьте, что мы сделали маленькую клетку. Мы хотим поместить её в окружающую среду и хотим, чтобы её питало Солнце. Для этого мы поместим её в ящик с включенным светом. И больше ничего не конструируем. Просто ищем, что сработает. Нам нужно искать вдохновение в биологии. Биологию не волнует конструкция до тех пор, пока она работает. Это реорганизует то, как мы конструируем вещи. Но не только это, мы может начать думать о том, как мы развить симбиотические отношения с биологией. Как здорово было бы, если бы мы могли взять эти искусственные биологические клетки и соединить их с биологическими, для исправления нерешаемых проблем? Настоящая проблема в клеточной биологии в том, что мы никогда не поймём всего, потому что это многомерная проблема, созданная эволюцией. Эволюция не может быть разделена на части. Каким-то образом нужно найти функцию приспособляемости. Глубочайшим откровением для меня явилось то, что если это работает, концепция эгоистичного гена выйдет на новый уровень, и мы начнём обсуждать эгоистичную материю.
And what does that mean in a universe where we are right now the highest form of stuff? You're sitting on chairs. They're inanimate, they're not alive. But you are made of stuff, and you are using stuff, and you enslave stuff. So using evolution in biology, and in inorganic biology, for me is quite appealing, quite exciting. And we're really becoming very close to understanding the key steps that makes dead stuff come alive. And again, when you're thinking about how improbable this is, remember, five billion years ago, we were not here, and there was no life. So what will that tell us
Что это означает для вселенной, где сейчас мы — высшая форма вещества? Мы сидим на креслах. Они неодушевлённые, они неживые. Но вы сделаны из вещества, вы используете вещество, и вы порабощаете вещество. Использование эволюции в биологии, и в органической биологии для меня весьма привлекательно, весьма волнующе. Мы подходим очень близко к пониманию ключевых шагов для превращения мёртвого вещества в живое. Если вы раздумываете, насколько это невероятно, помните, 5 миллиардов лет назад, нас не было, и жизни не было. Что ж это расскажет
about the origin of life and the meaning of life? But perhaps, for me as a chemist, I want to keep away from general terms; I want to think about specifics. So what does it mean about defining life? We really struggle to do this. And I think, if we can make inorganic biology, and we can make matter become evolvable, that will in fact define life. I propose to you that matter that can evolve is alive, and this gives us the idea of making evolvable matter.
о зарождении жизни и смысле жизни? Наверное, я, как химик, я воздержусь от общих высказываний, я хочу подумать о специфике. Что же это означает для определения жизни? Нам с этим действительно сложно. Я думаю, что если мы откроем неорганическую биологию, и сделаем вещество эволюционирующим, это на самом деле определит жизнь. Я предлагаю вам, что вещество, которое может эволюционировать — живо, и это даёт нам идею изготовления эволюционирующей материи.
Thank you very much.
Спасибо большое.
(Applause)
(Аплодисменты)
Chris Anderson: Just a quick question on timeline. You believe you're going to be successful in this project? When?
Крис Андерсон: Короткий вопрос о сроках. Вы верите в успех вашего проекта? Когда?
Lee Cronin: So many people think that life took millions of years to kick in. We're proposing to do it in just a few hours, once we've set up the right chemistry.
Ли Кронин: Так много людей думает, что жизни потребовались миллионы лет, чтобы заработать. Мы предлагаем сделать это в несколько часов, как только мы подготовим правильные реакции.
CA: And when do you think that will happen?
КА: По-вашему, когда это случится?
LC: Hopefully within the next two years.
ЛК: Надеемся в ближайшие два года.
CA: That would be a big story. (Laughter) In your own mind, what do you believe the chances are that walking around on some other planet is non-carbon-based life, walking or oozing or something?
КА: Вот это будет рассказ. (Смех) По вашему мнению, каковы шансы существования ходящей или ползающей неуглеродной жизни на какой-то другой планете?
LC: I think it's 100 percent. Because the thing is, we are so chauvinistic to biology, if you take away carbon, there's other things that can happen. So the other thing that if we were able to create life that's not based on carbon, maybe we can tell NASA what really to look for. Don't go and look for carbon, go and look for evolvable stuff.
ЛК: Я думаю 100 процентов. Я думаю дело в том, что мы очень шовинистичны по отношению к биологии, если убрать углерод, то могут случиться другие вещи. Другой вопрос, что если бы мы смогли сделать жизнь, не основанную на углероде, может быть мы сможем сказать NASA, чего ожидать. Не ищите углерод, ищите эволюционирующую материю.
CA: Lee Cronin, good luck. (LC: Thank you very much.)
КА: Ли Кронин, удачи. (ЛК: Спасибо большое.)
(Applause)
(Аплодисменты)