과학자들은 실제로 삶의 정의에 동의하지 않습니다. 우리는 대부분의 시간을 본능적으로 인식 할 수 있지만, 우리가 정해진 기준으로 그것을 못 박 으려고 할 때마다 일부 완고한 반면은 노력을 망치게합니다. 그럼에도 불구하고 우리는 다른 세계에서 인생을 찾 거나이 지구상에서 가장 빠른 삶의 단계를 이해할 수 있습니까? 이 에피소드에서 Steven Strogatz는 Carnegie Institution 's Earth and Planets Laboratory의 광물 학자, 우주 생물 학자 및 선임 직원 과학자 인 Robert Hazen과 Alberta University의 화학 교수 Sheref Mansy와 함께 새로운 분류법과“Cellular Turing 테스트”가이 필수 질문에 대답하는 데 도움이 될 수있는 방법에 대해 더 많이 배웁니다.
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전 사체
Steven Strogatz (00:02) :저는 Steve Strogatz입니다. 이것이 왜 의 기쁨입니다. , Quanta Magazine 의 팟 캐스트 그것은 오늘날 수학과 과학에서 가장 큰 답이없는 질문으로 당신을 데려갑니다.
이 에피소드에서 우리는 그것이 살아 있다는 것이 무엇을 의미하는지 이야기 할 것입니다. 삶은 무엇입니까? 당신은 그것을 정의 할 수 있습니까? 과학자들은 실제로 정의에 동의하지 않습니다. 이상하게 들립니다. 내 말은, 우리 대부분은 새가 살아 있고 의자가 아니라고 확신 할 것입니다. 그러나 과학자들은 더 깊어지면서 다음과 같은 질문을합니다. 살아남 으려면 무언가를 재현 할 수 있어야합니까? 자연 선택을 통해 진화의 산물이어야합니까? 신진 대사가 필요하고 에너지를 처리 할 수 있어야합니까?
(00:51)이 라인을 따르는 정의에는 예외가 가득합니다. 예를 들어, 바이러스가 살아 있습니까? 글쎄, 바이러스는 진화하지만 스스로 복제하지는 않습니다. 그들은 호스트의 셀룰러 기계를 사용하여 더 많은 사본을 만듭니다. 우리가 다른 행성에서의 삶을 찾고 있다면 적어도 우리가 찾고있는 것에 대한 아이디어가 필요하지 않기 때문에 인생이 무엇인지에 대한 문제도 중요합니다.
.(01:15)이 에피소드에서 나중에, 우리는 앨버타 대학교 화학과 화학 교수 인 Sheref Mansy로부터들을 것입니다. 그러나 먼저, 지금 저와 함께하는 것은 Robert Hazen입니다. 그는 Carnegie Institution 's Earth and Planets Laboratory의 광물 학자, 우주 생물 학자 및 선임 직원 과학자입니다. 밥, 오늘 우리와 함께 해주셔서 감사합니다.
Robert Hazen (01:38) :오, 기쁨입니다. 감사합니다, Steve.
strogatz (01:40) :훌륭합니다. 글쎄, 바로 이것에 뛰어들합시다. 과학자들이 공통적으로, 대부분의 사람들이 이미 이해하고 있다고 말하는 것에 동의하기가 왜 그렇게 어려운가? 마찬가지로, 우리는 식물이 살아 있고 바위는 그렇지 않다는 것을 알고 있습니다. 삶의 정의에 대해 어떤 동의를하기가 어려운 이유는 무엇입니까?
Hazen (01:57) :예, 이상해 보이지 않습니까? 우리 모두는 살아있는 것들을 알고 있기 때문입니다. 그리고 우리 모두는 살아 있지 않은 것들을 알고 있습니다. 그러나 그것은 그 사이의 회색 영역입니다. 우리가 말하기 시작할 때, 이것은 살아 있고 이것은 죽었습니다. 괜찮습니다. 그러나 모든 것이 살아 있거나 죽어야한다고 말하면 거짓 이분법을 설정합니다. 살아있는 것이 무엇을 의미하는지에 대한 분류가 있기 때문에, 나는 단지 죽거나 살아있는 것보다 훨씬 풍부하다고 생각합니다.
strogatz :흠. 어떻게 그렇게?
Hazen (02:29) :글쎄, 그것에 대해 생각해보십시오. 당신은 생명의 기원이 있습니다. 그래서 그것은 정말 좋은 메트릭입니다. 우리 지구의 역사에는 독신이 없었을 때의 요점이있었습니다. 그것은 폭발 된 표면이었고, 화산과 마그마로 덮여 있었고, 기본적으로 불가능했습니다. 인생이 작은 발판을 얻을 수있는 곳은 없었습니다. 그러나 점차적으로 지구가 식 으면서 바다가 형성됨에 따라 분위기가 어떤 종류의 생물에 더 맛있게되면서 우리는 과정이 있다고 생각합니다. 역사적 과정 인 생명의 기원은 화학 시스템이 점차 더 복잡해졌으며 더욱 흥미로워졌습니다. 그리고 어느 시점에서, 그렇습니다. 아마도 단백질과 DNA가있는 첫 번째 세포가있었습니다. 그러나 그 전에 무언가가 있어야했고, 당신은 어디에 선을 그렸습니까? 생명이 없었던 공간과 시간에 절대적인 시점이 있다고 말하기는 어렵고, 그 다음 공간과 시간의 다음 시점이있었습니다.
.strogatz (03:26) :흥미롭고 흥미 롭습니다. 그래서 당신이 그것을 말하는 방식은 화학적 복잡성이나 그와 비슷한 문제인 것 같습니다.
Hazen (03:34) :화학적 복잡성의 문제입니다. 그러나 분류법에 대한 훨씬 더 기본적인 질문이기도합니다. 알다시피, 인간이 이분법에서 생각하기가 너무 쉽습니다. 좋고 나쁘다. 흑백; 낮, 밤. 이것들은 인생을 단순하게 만드는 것들입니다. 그것은 우리가 물건을 매우 빠르게 분류 할 수 있음을 의미합니다. 그리고 인류 역사 초기에, 이것은 결정을 매우 빠르게 결정해야했기 때문에 방어 메커니즘이었습니다. 당신이 그 사람의 손을 흔들거나 화살을 쏘려고했는지 여부. 그래서 우리는 이러한 결정을 내려야했습니다.
그러나 우리는 자연 세계의 더 큰 문제에 대해 생각할 때 그렇게 할 필요가 없습니다. 자연 세계는 놀랍도록 복잡하고 복잡합니다. 그리고 이러한 화학적 복합 시스템이 어떻게 나타나고, 어떤 시점에서 복잡한 화학 시스템이 우리가 진정으로 살아남겠다고 부르는 것은 전혀 분명하지 않습니다.
strogatz (04:24) :그래서 나는 회색 영역에 대한 당신의 요점을 얻습니다. 내 말은, 그것은 - 흑백은 일반적으로 너무 단순하며 실질적으로 모든 것에 적용됩니다. 그 사이에 항상 모호함이 있습니다. 그럼에도 불구하고, NASA가 앞으로 나가는 우주 임무의 경우, 아마도 우리는 아마도 우리가 노력할 것입니다. 심지어 우리가 화성에 프로브를 보냈을 때, 우리가 인생을 감지 할 수 있는지 알아보기위한 탐구가있었습니다. 그래서, 당신은 그 질문을 객관적으로 해결하기 위해 생각할 것입니다. 당신은 당신이 의미하는 바에 대한 몇 가지 기준이 있어야합니다.
Hazen (04:56) :그리고 NASA. NASA에는 기준이있었습니다. 그리고 대부분은 내가 화학적 특유성이라고 부르는 것과 관련이 있습니다. 따라서 탄소 골격으로 만든 분자 인 유기 분자는 우주의 모든 곳에 있습니다. 탄소가있는 곳마다“유기 화학”이라는 것을 얻을 수 있습니다. 여러 종류의 분자, 그들은 단지 뒤죽박죽이며, 이런 것들의 무성한 일입니다.
(05:21) :그러나 인생은 매우, 매우 특별합니다. 그리고 우리가 말할 수 있다고 생각하는 한 가지는 무언가가 살아 있다면 에너지가 실제로 잘 작동하는 몇 가지 분자를 만드는 데 에너지를내는 것입니다. 그리고 많은 일을하지 않는 많은 수의 분자를 무시합니다. 따라서 생물학적 초과 인쇄가있는 시스템이 있다면 매우 구체적인 분자 그룹을 보여줄 것입니다. 어쩌면 "키랄"또는 왼쪽과 오른 손잡이라고 불리는 분자는 왼손잡이 또는 오른 손잡이 분자를 우세하게 가질 수 있습니다. 어쩌면 당신은 다른 모든 홀수보다는 2, 2-4-6-8의 배수를 가진 탄소 줄을 가질 수 있습니다. 어쩌면 당신은 임의의 과정에 의해서만 형성되지 않고 선택적 프로세스에 의해 형성되는 다른 특성을 가질 수 있습니다. 이것이 바로 NASA가 찾고있는 것입니다. 그리고 나는 그것이 똑똑한 일이라고 생각합니다.
strogatz (06:13) :매우 흥미 롭습니다. 화학적 선택성에 대한 아이디어는 NASA에 의해 가능하거나 최소한 제안되었을 수 있습니다. 오늘날, 우리는 생물 지정에 대해 말합니다. 그 당시 그들이 사용했던 언어가 될지 모르겠습니다.
.Hazen (06:26) :예, 정확히 맞습니다. 생물 지정을 찾고 있습니다. 그래서 나는 당신이 그 화학적 특질을 본다면, 와우, 정말 흥미로운 일이 여기서 일어났다 고 말할 수 있다고 생각합니다. 그리고 그것은 정상적인 자연 과정처럼 보이지 않고 기능을위한 실제 선택이있는 것처럼 보입니다. 일을 한 분자는 신진 대사 또는 강력한 세포 구조 또는 그와 비슷한 것을 구축하는 데 도움이됩니다. 그래서 나는 그것이 그들이 찾고 있던 것이라고 생각합니다.
(06:56) 그러나 문제의 사실은 생명을 정의하지 않는 것입니까? 우리는 우리가 익숙한 삶의 종류의 특징이라고 생각하는 것을 찾고 있다고 말합니다. 거기에 다른 종류의 삶이 얼마나 있을까요? 그리고 그것은 우리가 모르는 것입니다. 우리는 분류를 구축하기에 충분한 정보가 없습니다. 말하자면, 이런 것들이 살아 있고, 이런 것들이 죽었고,이 것들은 생명이지만 우리를 데려 가지 않는 다른 흥미로운 화학적 특징이 있습니다.
strogatz (07:23) :기능적 외에 다른 사람들은 무엇입니까?
Hazen (07:27) :자신의 정확한 사본을 만들 수있는 화학 시스템이 있지만 돌연변이와 자연 선택을받지는 않습니다. 스스로 템플릿 할 수있는 화학 시스템이 있으므로 측면으로 성장하고 점점 커지고 성장하는 것처럼 보이지만 실제로 우리가 생명과 같은 별도의 개체를 캡슐화하는 특성은 없습니다. 그러나 그들은 모두 흥미로운 시스템이며 모두 화학적 복잡성의 연속체의 일부입니다. 그리고 나에게 훨씬 더 흥미로운 도전은이 분류를 개발하는 것입니다.
(08:02) 이제 왕국이 있고 왕국이있는 Linnaean 분류 시스템에 대해 생각해보십시오. Phyla가 있으며 주문 등이 있습니다. 어쩌면 화학적 복잡성 분류에서 우리는 비 생생한 것들의 왕국과 생명의 왕국이 있었고 모호한 왕국이있을 것입니다. 그리고 그 아래에는 다른 하위 범주와 하위 유형이 많이있을 것입니다. 우리는 우주가 놀랍고 훌륭한 곳이라는 것을 깨닫기 시작했습니다. 화학은 단지 특별한 일을합니다.
strogatz (08:36) :그래서, 당신은 지금까지 화학을 강조하고 있습니다. 나는 당신을 광물학 및 지질학에 대한 많은 전문 지식을 가진 사람으로 생각한다는 점을 감안할 때 흥미 롭습니다. 그 분야는 어떻습니까? 삶의 문제와 기타 흥미로운 현상에 대한이 매우 광대 한 그림에서 이러한 사람들이 어떻게 겹치는가?
Hazen (08:55) :정말 좋은 질문입니다. 그리고 그것은 인간 본성의보다 근본적인 측면으로갑니다.
예, 저는 지질학과 광물학에 대해 훈련을 받았기 때문에 지질학과 광물학 또는 지구 화학 측면에서 삶의 기원을 봅니다. 화학적 복합 과정입니다. 생명의 기원은 비 생생한 행성에서 발생했다는 것은 당신이 가진 것이 지질학과 화학이라는 것을 의미합니다. 당신은 생명이 없었습니다. 당신은 어떤 의미에서 인생을 시작하려고했습니다. 이것이 제 인식입니다. Sheref와 같은 다른 사람들은 당신이 이야기 할 것입니다. 그는 훨씬 더 많은 생화학 적 배경을 가지고 있습니다. 그래서 그는 DNA와 RNA와 정보에 대해 매우 깊이 생각합니다. 그것은 우리가 알고있는 삶의 또 다른 측면입니다. 한 세대에서 다음 세대로 정보를 전달하고 저장하고 복사합니다. 소년, 그것은 분자 도전입니다.
(09:44) 그리고 나는 정말 흥미로운 화학 시스템을 상상할 수 있으며, 그 중 일부는 우리가 생명과 같은 속성을 가지고 있지만 반드시 정보를 가지고 다닐 필요는 없습니다. 그들은 분자 자체의 특성 때문에 매혹적인 방식으로 자신을 재구성하는 화학 시스템 일뿐입니다. 따라서 이것과 나에게 많은 속성이 있습니다. 매우 구체적인 기준 세트를 고정시키고“이것은 삶이며 다른 모든 것은 그렇지 않습니다.”라고 말합니다. 자연의 경이로움을 탐구하는 모든 목적을 무한히 다양하고 복잡합니다. 자연은 자연이며, 우리는 분류를 강요하려고 노력합니다. 그러나 그것이 우리에게 모든 뉘앙스가 있다는 것을 의미하지는 않습니다.
strogatz (10:31) :그러면 잠시 NASA로 돌아가서 다른 행성에서 생명을 찾을 때 찾아야 할 것들이 있습니까? 또는 그들은 단지 그들이 생각해 낼 수있는 가장 영광스럽고 풍부하고 풍성한 분류를 위해 가야합니까?
Hazen (10:46) :아하! 왜 둘 다하지 않습니까? 당신은 그것에 대해 생각하기 때문입니다. 우리가 직감이있는 한 가지는 거주 성입니다. 그것은 일종의 온도, 압력, 조성의 범위입니다. 물이 풍부한 세상, 햇볕이 잘 드는 세계, 당신은 에너지가 있어야하며, 화학 시스템이 흥미로운 일을 할 수있는 다양한 기준이 있어야합니다. 그것이 모든 것이 녹은 경우, 또는 증기라면 너무 뜨겁습니다. 모든 것이 얼어 붙고 명왕성과 같이 아무것도 움직이지 않으면 너무 추워 보입니다. 그래서 우리는 달콤한 장소가 있다고 생각합니다. 그리고 우리는 액체 물이나 다른 유체와 같이 우리가 찾을 수있는 것들이 있다고 생각하지만 물은 실제로 일을하는 것처럼 보이는 유일한 물입니다.
.(11:28) 탄소 기반 분자를 찾아야합니다. 탄소는 우리가 생명으로 생각하는 것의 구조에 필요한 풍부한 다양한 백본을 형성하는 유일한 요소처럼 보이기 때문입니다. 그리고 나는 클라우드 기반의 삶을 믿지 않거나 전자 생활, 또는 플라즈마의 삶이나 그와 비슷한 삶을 믿지 않습니다. 내 말은, 당신은 당신이 필요한 구조의 종류를 보지 못합니다. 그 구조는 내가 살아있는 시스템의 복잡성으로 생각하는 것을 철자합니다. 따라서 매개 변수가 있으며 이것이 NASA가 찾고있는 것입니다. 물이 풍부한 세계를 찾아 보자. 올바른 종류의 온도와 압력 및 대기 조성이있는 세계를 찾아 봅시다. 그리고 바위와 미네랄은 정말 흥미로운 역할을합니다. 그리고 그들은 복잡한 화학 시스템에 필수적 일 수있는 탄소 외에 모든 종류의 화학 요소를 제공합니다.
strogatz (12:21) :내가 당신이 잠시 당신과 함께 개인을 얻을 수있게한다면, 나는 당신이 당신의 경력을 마치기 전에 대답하고 싶은 개인적으로 좋아하는 것들을 가지고 있다고 확신합니다. 당신이 우리와 공유 할 일부, 당신을 가장 퍼즐로하는 것, 또는 우리가 더 많은 단서를 얻고 싶은 꿈의 질문 인 것들이 있습니까?
Hazen (12:37) :나는 화성에서 가져온 미생물을보고 싶습니다. 다른 생화학, 다른 유전자 코드를 가진 미생물은 이야기의 일부라면 두 번째 창세기라고 불리는 것이 있음을 나타 내기 때문입니다. 두 번째 창세기는 생명의 기원 사업에서 삶이 두 번 이상 발생했음을 의미합니다. 그리고 우주에는 "0, 1, 많은 것입니다."라는 오래된 격언이 있습니다. 인생은 둔한 사람이 없지만, 우리는 그것이 한 가지 예를 가지고 있기 때문에 그것이 사실이 아니라는 것을 알고 있습니다. 두 번째 예제, 특히 태양계에있는 경우 두 번째 예제를 찾 자마자 인생은 절대적으로 어디에나 있다는 것을 알고 있습니다. 그것은 단지 - 그것은 단지 발생합니다. 그것은 지상 행성에 현무암을 형성하는 것만 큼 자연 스럽습니다. 인생은 불가피하게 발생하는 또 다른 화학적 과정입니다
(13:24) 우리는 그것이 사실인지 모른다. 그것이 제가 알고 싶은 것입니다. 나는 인생이 불가피한 결과라는 것을 알고 싶습니다. 그리고 내가 경력의 상당 부분을 생명의 기원 측면을 연구하는 데 많은 부분을 보냈다는 사실은 내가 그 분야에 철학적으로 내 깃발을 심었다는 것을 의미합니다. 인생이 결코 일어나지 않았거나 우주의 전체 역사에서 한 번만 일어난다면, 그 기원을 연구하려고 시도하는 것은 무의미 할 것입니다. 올바른 암석과 물, 화학 등의 병치를 통해서만 발생하는 엄청나게 드문 기회 이벤트라면, 그것은 10 억 행성의 한 행성에서만 발생하는 경우, 우리는 실험실에서 그것을 재생할 수 없을 것입니다. 그것이 일반적으로 발생하더라도, 시작하는 데 1 억 년이 걸리더라도 4 년 동안 박사후 과정에서 4 년 동안 실제로하기가 어려울 것입니다. 그래서 나는 우리가 속임수를 알아 내면 실험실에서 실제로 할 수있는 일이라고 생각하고 싶습니다.
strogatz (14:22) :예, 정말 매혹적인 질문입니다. 내 말은,이 놀라운 사람들에 대해 생각하는 모든 사람들 - 나는 Francis Crick의 책을 읽은 것을 기억할 수 있습니다. 그가 감독 된 Panspermia에 대해 이야기하고있는 곳. 나는 그의 책을 읽을 때까지 그것을 진지하게 받아들이지 않았다. 내 말은, 코페르니칸 (Copernican) 근거에서, 우리는 결코 특별한 것이 없다는 것입니다. 나는 항상 다른 태양계에서 행성을 찾 자마자 생명이 있어야한다는 것을 항상 믿게되었습니다. 내 말은, 우리가 우주에서 우리가 유일한 삶의 사례라고 생각하는 것은 허비처럼 보입니다. 그러나 우리는 논리적으로, 당신이 말하는 것처럼, 확률이 그렇게 작아서 우리는 유일한 것일 수 있습니다.
.Hazen (15:05) :Steve, 당신은 절대적으로 맞습니다. 우리는 유일한 사람 일 것입니다. 또는 유일한 다른 살아있는 세계는 우리 은하계에 수천 또는 수백만의 세계가있을 수 있지만, 너무 멀리 떨어져 있으며, 너무 비교적이지 않아서 우리는 결코 알지 못할 수도 있습니다. 그러나 나는 이것이 대답이 우리가 혼자라는 것이 아니라면, 우리가 언젠가 배우기를 바랄 수있는 문제라고 생각합니다. 부정은 실제로 증명하기 어려울 것입니다. 그러나 당신이해야 할 일은 다른 살아있는 세상을 찾는 것입니다. 그리고 우리는 우주의 작동 방식에 대한 매우 심오한 통찰력을 가지고 있습니다.
strogatz (15:39) :와우. 우주적 생각입니다. 알다시피, 나는 여기서 인생이 얼마나 빨리 시작되었는지에 대해 격려를 받고 있습니다. 지질학에 대해 말하면 지질 학적 관점에서하자. 숫자를 줘, 거의, 지구의 나이는 몇 살이고 그것이 얼마나 빨리 생명을 얻기 시작하는지를 줘.
Hazen (15:56) :물론. 그래서 지구는 4567 억 년 전에 형성되기 시작했습니다. 그리고 그것은 처음으로 거주 할 수 없었습니다. 그것은 수천만 년 동안 거주 성의 창을 가졌을 수도 있고, 그 큰 영향, 달을 형성 한 Theia의 영향, 그리고 모든 것을 부드럽게 한 것은 지구 전체가 마그마 바다에 의해 둘러싸여 있었고, 빛나고, 붉은 뜨겁고, 냉각해야했습니다. 그래서 그것은 44 억 5 천만 년 전이었을 것입니다. 저는 최근 4.4만큼 그 순서로 무언가를 생각합니다. 그러나 그것은 우리가 생각할 수있는 극단적 인 시작 날짜입니다. 그리고 우리는 3.8까지 삶이 잘 확립되었다는 것을 알고 있습니다. 우리는 stromatolites를 가지고 있고, 우리는 분명히 거기에있는 다른 삶의 징후를 가지고 있습니다.
(16:47) 그래서 그것은 6 억 년의 블록이지만 인생은 훨씬 더 빨리 시작되었다고 생각합니다. 그러나 그것은 직감입니다. 아마도 우리는 아마도 프로세스가 발생하기 위해 수백만 또는 수천만 년을보고 있다고 생각합니다. 화학적으로, 지구의 광대 한 표면적이 있고, 수백만 년 동안 놀 수 있고, 다양한 종류의 화학 시스템과 플럭스가 있습니다. 따라서 지구는 화학을위한 훌륭한 실험 실험실입니다. 그리고 수억 년 동안 지구의 전체 표면을 넘어 놀았습니다. 와우, 그것은 당신이 시도 할 수있는 많은 화학 물질 조합입니다. 그리고 삶은 튀어 나옵니다.
strogatz (17:25) :여기서 우리에게주는이 멋진 비전은 지금, 지질학과 광물학 및 화학이 아니라,이 영향에 대한이 이야기를 통해 천문학을 가져오고 있습니다. 어쩌면 잠깐 동안 확장할까요? 나는 Theia에 대한이 아이디어를 들어 본 적이 없다. 당신은 달이 왔던 달의 기원에 대해 이야기하고있다.
Hazen (17:44) :그래서 달의 기원. 지구가 처음 형성되었을 때, 그것은 일종의 태양계 춤이었습니다. 당신은 중력으로 욕심 많은이 몸을 가지고 있었고, 진공 청소기와 같이 모든 작은 세계를 휩쓸 었습니다. 그래서이 게임에서 가장 큰 몸은 항상 승리합니다. 가장 큰 승리가 무엇이든. 그리고 수천만 년 동안 지구는 또 다른 작은 몸, 아마도 화성의 크기와 경쟁하고있었습니다. 그래서이 두 몸은 - 그들은 서로 가까이 지나가고 키스하지 않을 것입니다. 그러나 매우 극적인 날, 매우 극적인 순간에 그들은 충돌했습니다.
(18:28) Theia라고 불리는 작은 몸은 그리스 신화의 달의 어머니입니다. Theia는 지구와 충돌합니다. 모든 재료의 서사시 믹싱과 으깨고 베이킹이 있습니다. 남은 부분의 일부는 달이되고 남은 것의 일부는 지구의 일부가됩니다. 그리고 충돌하는 동안 표면에서 폭발하는 물건의 덩어리는 달로 통합됩니다. 그래서 우리는 하늘 에이 아름다운 물건을 가지고 있습니다. 그건 그렇고, 그 당시에는 훨씬 더 가깝습니다. 달은 아마도 수만 마일 떨어진 곳에 불과했을 것입니다. 즉, 하늘에서 매우 크게 보였고 조석 효과는 엄청났습니다. 그러나 점차적으로 달은 오늘날처럼 물러났습니다. 그리고 그것은 지구의 전체 표면 조건을 변화시킵니다. 그 충돌 직후 지구는 무인할 수 없었습니다. 그러나 일이 해결되었습니다. 바다, 큰 조수가 일찍, 달이 하늘에서 빛나고 해마다, 그리고 수십만 또는 수억 년의 어딘가에 생명이 사라졌습니다.
strogatz (19:40) :감사합니다, 밥, 이것은 매우 흥미 롭습니다. 사실, 실제로는, 우리가 학교에서 배우는 주제의 이름과 같은 상호 작용에 대해 생각하고 있습니다. 천문학, 지질학, 광물학, 화학, 생물학, 당신이 말하는 방식은 실제로 아름다운 이야기 일뿐입니다. 나는 그것을 요약하는 방법을 모릅니다. 당신은 무엇을 말 하시겠습니까? 내 문장의 끝은 무엇입니까?
Hazen (20:02) :Steve, 그것은 하나의 통일 된 지식 웹입니다. 그것은 과학을 인간에게 가장 놀라운 방법으로, 우리의 자연 세계를 보는 방법입니다. 화학이나 지질학, 물리학 또는 천문학에 대해 생각하지 마십시오. 생물학은 별도의 것들로 생각하지 않습니다. 그러나 그것은 우리 가이 놀라운 진화 과정, 행성과 달의 진화, 태양계의 진화, 그리고 삶의 기원과 진화를 본다.
.strogatz (20:30) :감사합니다, 밥, 오늘 우리와 함께 해주셔서 감사합니다.
Hazen :감사합니다, Steve.
아나운서 (20:37) :수학, 물리, 컴퓨터 과학 및 생물학의 국경에서 무슨 일이 일어나고 있는지 알고 싶으십니까? Quanta Magazine 과 얽히십시오 , The Simons Foundation이 지원하는 편집 적으로 독립적 인 간행물. 우리의 사명은 공공 서비스 저널리즘을 통해 기초 과학 및 수학 연구를 조명하는 것입니다. Quantamagazine.org를 방문하십시오.
strogatz (21:02) :방금 들었 듯이 Bob Hazen은 복잡한 행동을 나타내는 흥미로운 화학 시스템의 특성을 식별하는 것을 선호하는 삶의 엄격한 정의의 유용성에 의문을 제기합니다. 우리의 다음 손님은 삶을 모방하는 세포에 대해 많은 시간을 보냈습니다. 삶이 무엇인지 생각할 때, 그는 진화가 찾기에 만족스러운 일이라는 데 동의합니다. 재생산 능력도 마찬가지입니다. 그러나 이러한 기준은 우리가 삶에 대해 말할 때 우리가 의미하는 바를 완전히 포착하지 않습니다. 그에게 생명이 무엇인지 이해하는 것은 시간이 지남에 따라 지속되고 다른 생물과 상호 작용하는 유기체의 능력을 포함합니다. Sheref Mansy는 앨버타 대학교 화학과의 화학 교수입니다. 그는 지금 나와 합류합니다. 환영합니다.
Sheref Mansy (21:49) :나에게 감사합니다.
strogatz (21:50) :정말 큰 기쁨입니다. 나는 당신의 일에 대해 매우 기쁘게 생각합니다. 나는 매우 매력적인 것을 발견했습니다. 자, 삶을 정의하려는이 가시적인 문제부터 시작하겠습니다. 다른 인터뷰에서 당신은 당신이 인생을 정의하려는이 문제에 대해 상충되는 감정을 가지고 있다고 말했다고 들었습니다. 그게 무슨 뜻입니까?
mansy (22:09) :사람들이 아마도 우리가 인생의 의미를 표현할 가치가 없다고 말할 때 비판을 이해합니다. 나는 때때로 현장에있는 나의 동료들 중 일부는 시인들을위한 용어이며 과학자들은 그것을 사용하는 사업이 없다. 물론 이러한 것들은 산만처럼 보일 수 있습니다. 그러나 동시에, 나는 전 세계에 무언가를 만들려고하는 과학자들을 가지고 있다는 것이 정말 기괴하지만, 우리가 구축하려는 것이 무엇인지 말할 수는 없습니다. 그러한 시나리오에서 어떻게 진전을 이루나요?
strogatz (22:44) :글쎄, 그것에 대해 그렇게 어려운 것은 무엇입니까? 내 말은, 아마도 당신은 우리에게 설명 할 수 있습니다. 아시다시피, 평범한 사람은“나는 무언가를 인식하고 있습니다. 우리가 말할 때 내 앞에있는 책상은 살아 있지 않습니다.”
.mansy (22:55) :큰 문제는 누군가가 삶의 정의를 제안 할 때마다 항상 팝업되어 정의에 맞지 않는 다른 방식으로 정의에 맞지 않는 다른 방식으로 살아있는 것으로 명확하게 인식 할 수있는 무언가를 제시 할 수있는 사람이 항상 있다는 것입니다. 따라서 뮬과 같은 일종의 고전적인 예를 생각할 수 있습니다. 당신은 너무 많은 사람들이 물어볼 것입니다. 왜 책상이 살아나지 않습니까? 그들은 "글쎄, 그것은 생물이 재생산 할 수 없다는 것을 재현하지 않습니다."라고 말할 것입니다. 그러나 우리는 노새와 같은 생명체의 예가 분명히 모든 사람이 살아 있다고 생각하지만 자손을 가질 수 없다고 생각합니다.
(23:30) 그리고 당신은 일종의 반대 게임도 플레이 할 수 있습니다. 따라서 소금 결정에는 많은 결정 학자들이 있습니다. 그리고 결정 학자들이 더 많은 결정을 키우기 위해 사용하는 속임수 중 하나는 오래된 것들을 분쇄하는 것입니다. 그들은 오래된 결정의 작은 비트 조각을 사용하여 새로운 결정의 성장을 씨앗합니다. 소금만으로도 그렇게 할 수 있습니다. 단백질로 그렇게 할 필요는 없습니다. 그리고 그것은 복제의 예입니다. 하지만 아무도 그것에 속지 않았습니다. 소금 결정을 살아있는 것으로 혼란스럽게하는 사람은 아무도 없습니다.
strogatz (23:57) :맞습니다. 따라서 날카로운 경계를 두는 데 매우 유용하지 않을 수도 있습니다. 또는 우리가 예외를 계속 찾을 수있는 것처럼 보이기 때문에 생명의 필요하고 충분한 조건을 분명히 표현합니다. 그러나 반면에, 당신이 말했듯이, 우리가 원하는 개념이 없다면 다른 행성에서 삶을 찾으려고하는 것처럼 다른 곳에서 삶을 찾기가 어렵다고 생각합니다. 따라서,이를 위해 시간이 지남에 따라 지속성의 기준을 언급했습니다. 우리를 위해 조금 포장을 풀 수 있는지 궁금합니다.
mansy (24:27) :기본적으로 모든 것이 장애가있는 경향이 있습니까? 그것은 일종의 열역학 제 2의 법칙입니다. 생물은 평형이없는 화학 시스템입니다. 그래서 그들이 살아 있지 않았다면, 그들은 단지 그들의 무질서한 구성 요소로 돌아갈 것입니다. 그것이 기본적으로 우리가 죽음이라고 부르는 것입니다. 평형은 본질적으로 사망과 같습니다.
(24:46) :이 과정은 무엇입니까? 기본적으로 항상 평형을 막고 시간이 지남에 따라 시간이 지남에 따라 시간이 지남에 따라 열역학적으로 불리한 상태를 유지하기 위해 시간이 지남에 따라 지속될 수있는 생명의 화학과 물리학은 무엇입니까? 분명히, 그것은 영원히가 아니라, 우리는 불행히도 한 시점에서 죽습니다. 그러나 그것은 당신이 그것을 신진 대사라고 부를 수 있다고 생각합니다. 그러나 사람들이 그 단어 신진 대사를 사용할 때도 실제로이 각도를 생각하지 않는다고 생각합니다. 그들은 분자 A가 분자 B로 전환 된 다음 분자 C로 전환됩니다. 그들은 생물학이 평형에서 멀어지게하고 시간이 지남에 따라이 고도로 질서가 높은 상태를 유지하기 위해 사용하는 속임수에 대해 실제로 생각하지 않는 것 같습니다.
.strogatz (25:30) :저는 지난 몇 년 동안 실험실에서 셀룰러 튜링 테스트라고 부를 수있는 일에 대해 여러분이 한 일에 참여하고 싶습니다. 당신은 그것에 대해 무엇을 가지고 있습니까? 내 말은, 우리에게 배경을주세요. 튜링 테스트는 무엇입니까? 그 당시에 무엇을하려고 했습니까? 그런 다음 생명의 세계에 대한 적응에 대해 이야기합시다.
mansy (25:50) :물론. 내 말은, 나는이 아이디어를 생각해 낸 최초의 사람이 아니라고 말해야합니다. 논문이 있습니다 - 당신은 알다시피, 나는 단지 나의 끔찍한 기억을 강조하고 있습니다. 나는 그것이 자연 생명 공학 에 있다고 생각합니다. 또는 자연 , 영국 과학자들이 많은 사람들이 모여서 우리가 진보를하는 데 도움이되는 삶의 정의 부족을 다룰 수있는 한 가지 방법 일 수 있다고 말했습니다. 그리고 그들은이 백서에서 세포 튜링 테스트를 제안했습니다. 그리고 그것은 내가 보았을 때 실제로 그 조각들을 실험실에 모아 모델 시스템을 꺼내려고 노력할 수 있다고 생각했던 것들 중 하나 일뿐입니다.
.(26:23) 기본적으로, 전체 아이디어는 인공 지능 분야에서 인공 지능, 인공 지능에 존재 했으므로 아마도 내가 할 수있는 것보다 훨씬 더 잘 말할 수 있습니다. 그러나 기본적으로, 그것은 내 이해와 같은 종류의 문제였습니다. 처음부터 지능을 정의 할 수 없다면 기계 나 컴퓨터 프로그램이 인텔리전스를 표시하는지 어떻게 알 수 있습니까? 그들은 내 분야에서 우리가 가지고있는 것과 같은 어리석은 주장을 가지고있었습니다. 올바른 정의가 무엇인지, 그리고 우리가해야 할 실험의 유형에 대해 앞뒤로 싸우고 있습니다. 튜링이 본질적으로 제안한 것은이 어리석은 싸움을 잊고 기능 테스트를 생각해 봅시다. 그리고이 테스트를 통과하면 지능을 정의하지는 않았지만 적어도 올바른 방향으로 나아가고 있습니다.
(27:09) 그래서 나는 항상 매우 현대적인 일종의 것을 제공합니다. 당신은 당신이 당신의 휴대 전화에 있거나, 친구와 채팅하거나 친구와 문자 메시지를 보내고 친구가 컴퓨터 프로그램으로 대체되었다고 상상해보십시오. 더 이상 친구와 채팅하지 않는다는 것을 알아낼 수 있습니까? 따라서 친구와 친구를 대체 한 컴퓨터 프로그램을 구별 할 수 없다면 본질적으로 통과했습니다. 튜링 테스트, 기계 또는 프로그램이 통과되었습니다. 그래서 그것은 당신이 친구와 대화를 나누고 있다고 생각하는 데 성공했습니다. 그래서 우리는 당신이 정의를 생각해내는 것을 피하는 방식이었습니다.
(27:48) 그리고 반대 상황도 유익합니다. 그것이 실패하고 그것이 실패한 이유는 중요하지 않다면, 응답 시간은 약간 이상하고, 어휘는 친구가 말하는 것과 다르므로, 드로잉 보드로 돌아가서 더 나은 프로그램이나 더 나은 기계를 개발해야합니다.
.(28:02) 그리고 기본적으로 그것은 여러 프로젝트에 대한 영감이었습니다. 우리는 방금보고있었습니다. 우리는 자연 생활 세포가 참여하는 것과 동일한 유형의 화학적 의사 소통에 관여 할 수있는 인공 세포를 만들 수 있으며, 자연 세포가 실험실에서 지어진 것들과 반대로 이웃에게 말하고 있다고 생각하도록 자연 세포를 속일 수 있습니다.
.strogatz (28:22):It’s really a fantastic, very elegant idea. But — to make living cells be fooled by these artificial cells, it’s really an interesting thought. And so, I mean, it sounds like you’ve done a series of experiments in this direction. What are some of them?
Mansy (28:36):So, lots of bacteria — we started off with bacteria, we figured that would be the easiest thing to do, and it’s also closer to the types of stuff I had done in the past. And so bacteria, they engage in chemical communication. Many of them exploit these small molecules called acyl-homoserine lactones. And so we figured, you know, these pathways are pretty well-known. People had engineered bacteria to talk to each other using these same known pathways. So we figured, you know, we should be able to reconstruct these same things in an artificial cell. So that was basically the goal.
(29:07) It turned out, as you know, always in science, to be a bit more challenging than we had anticipated. The synthesis and release of chemical signals from our artificial cells to natural cells was not difficult. I think we never failed in that. Every time we tried to reconstitute a known system in our artificial cells, that always worked. The part that was difficult was being able to sense the living cells through the molecules that they secrete. And I don’t have a good answer as to why that’s difficult. But you know, we’re bad comedians, I suppose, but I guess, as many couples would say, it’s, you know, it’s much easier to talk than to listen or to hear your partner. And so I think that’s the same thing with these artificial cells. It’s easier to engineer these things to talk than it is to listen.
(29:50) But we essentially never failed in speaking, you know, making artificial cells speak by synthesizing or releasing molecules. Getting them to hear was a lot more difficult, and the best one that we were able to reconstitute was the system that was taken from Vibrio fischeri . So it’s just, you know, a marine organism that naturally bioluminesces. And that was the pathway that we were able to fully reconstitute. But basically, in the ends, we were able to put these pieces inside of lipid vesicles to mimic, sort of morphologically somewhat, a cell. And if you take something like Vibrio fischeri , which naturally luminesces when it talks to each other, so when they reach a certain cell density, they know they’ve reached that density through communication with each other, they luminesce. So it’s a very simple kind of qualitative test. And so if we take this bacteria, and we grow them to half the density that they need to be to luminesce, and then we dump in our artificial cells to make up for the missing natural cells, they light up. We did do, you know, fancier experiments than that, but that was probably the most satisfying experiment, because at least visually, we could see right away that we were on the right track.
strogatz (30:59):Okay. And the main point that you mentioned, I think, was that when there was a high enough density of them, they could act as surrogates for the bacteria, that — I mean, they could fool the bacteria into thinking that the quorum had been achieved, and therefore the living ones would light up. But these cells, these artificial cells, tell me more about them. They’re lipid vesicles. Do they have anything inside them?
Mansy (31:22):Yes. So they are lipid vesicles, fat molecules. They have an internal, let’s say lumen or internal aqueous space. And inside of there, we put the DNA constructs that we’ve engineered, you know. I don’t want to make it sound too fancy, because these are not huge genomes, but we do put, you know, engineered pieces of DNA inside that encodes for the function that we are — we’ve set out to achieve, which in this case was sensing, synthesizing and releasing chemical messages. Then we have to also put in the machinery that’s necessary for transcription and translation. So it’s to convert the information in DNA to RNA, and then that information, of course, into protein, which, you know, will have the enzymatic activity that we require for our cells. In these specific experiments of the cellular Turing test, we did use transcription and translation machinery that came from extracts of E. coli . So these are somewhat ill-defined mixtures.
strogatz (32:15):Oh, yeah. 아름답습니다. I really like what you were just saying there. And I think that’s a very deep point that doesn’t get emphasized enough, the communal aspect of early life. We have spoken with other guests about the possibility of the massive horizontal gene transfer in very early life. I don’t know, maybe I’m getting carried away, but I like your thought that communication is really early and deep in the story of life, maybe deeper even than, than what we think of as evolution today, for the most part.
Mansy (32:15):And our system was incapable of growing and dividing, all it could do was essentially, you know, listen and speak. That’s all we programmed it to do. To give it more, you know, to endow it with more functionality would certainly take a lot more effort. But nevertheless, you know, I mean, I would say for this one specific task, which I think is a quite important aspect of life, by the way, something that doesn’t often pop up in definitions of life, this ability to organize and communicate with your neighbors. You know, my guess is this came really, really early. So I don’t think that we hit upon some sort of trick here. I mean, I think we are looking at something that is important, because we tend to look at life as really just these individual units, you know, can I build an actual, you know, one single cell or something along those lines, but I don’t think that’s how life works at all. You know, I mean, it is a community affair. Evolution, by definition basically, is a community type of process. If we find life on another planet, we’re not going to find just, like, one organism or one cell. I mean, these things don’t make sense, right? That’s not how biology works.
(33:46) I mean, I have to admit, in my head, I hadn’t really thought of it in exactly that way. I tend, I mean, I guess, you know, we all come at these things with our own biases. And mine, typically, is that I think that a lot of the stuff that we see as coming at different times, probably pieces of it were there from the beginning and emerged together. Because I tend to look at biology as being so incredibly complex. I don’t, I guess I just don’t see biology modular, the way I think a lot of people who try to engineer, you know, in the field of synthetic biology, they’re always trying to sort of put together, and they love using the analogies of Lego pieces and things like that. Which of course, in some ways we incorporate some of the stuff that they do. But I don’t really see biology as being modular. I see it as a very messy, intricate, you know, network of things that probably reflects its origins, you know, probably lots of these different processes that were necessary had to come up around the same time. Otherwise, it just wouldn’t have survived.
strogatz (34:39):So on this early question that we were posing, about what is life, it sounds like you already hinted at this in a remark you made a few minutes ago that you would not have considered your, your artificial cells to be alive, but they had some of the functionality, right? You say, they had some of the important functions, but you pointed out, they couldn’t reproduce. What else could they not do?
Mansy (35:02):The thing that I find the most frustrating about these systems that we’ve built is they can basically listen once and then respond, or speak once. They’re, they’re not able to engage in a longer conversation, let’s say. And that is something that frustrates me. That reflects, in large part, what I was talking about before, this concept of persistence over time. It lacks a supporting metabolism to sustain this activity, to have turnover, you know, to degrade the molecules that were being used for talking and synthesize new ones. And just being able to sense once and respond once, to me, is not sufficient. If you want to make something that better mimics life, it’s got to persist for longer than that. And if you wanted to use this as a platform, you know, for some sort of technology, I think it would need to survive more than a couple of hours.
strogatz (35:52):So that gets us into something that I was hoping we could explore together, about this idea that you mentioned, a platform. Please tell us about some of these fascinating studies that you and your group did recently with artificial cells trying to interact with neurons.
Mansy (36:07):If you think about communication, chemical communication, I mean, I would imagine that lots of people, the first thing that pops to their mind, is signal transduction through neurons. And of course, that’s — that’s true, right? And so for us, for a long time, even when we were working on a cellular Turing test, we really liked this idea. Could we build — I mean, I would not call it an artificial neuron, because it’s way too far from that, but something that can engage in communication with neurons? And that’s not just fun intellectually, but I think that also has possibilities for technologies, right? I mean, there are lots of diseases, neurodegenerative diseases like Parkinson’s disease, where essentially, your neurotransmitters like dopamine are not being produced as you get older. And, you know, if you built artificial cells that can sense the concentrations of dopamine, for example, and then synthesize more dopamine whenever the levels get too low, you know, that sounds like a fantastic therapy. You wouldn’t have to sort of flood the patients with tons of drug molecules that may or may not cross the blood-brain barrier and get to where you want to go. You could have artificial cells that are targeted to different parts of the body. Again, there’s a lot of work to get there.
(37:13) And then very locally, you know, whenever the concentrations drop below what’s needed, they can replenish the supplies. They sound really attractive. But again, I think this persistence problem, that, while I find it interesting from a more, let’s say, intellectual perspective on what is life, has very practical implications as well. I mean, what’s the point of taking an artificial cell into your body if it just, you know, falls apart almost immediately?
strogatz (37:36):As you say, if this artificial cell could exist and thrive for a certain amount of time, and do smart things like sense whether a cancer cell is present, and if so what molecules, what chemotherapeutic agents to dump on that one — we’re not there yet, it sounds like, but that’s the vision, right? That’s the dream, maybe?
Mansy (37:56):Yes, yes, yes, yes. I mean, to be able to encode multiple outputs, obviously, you know, and to increase the capacity for synthesis so that you can actually carry out whatever, you know, the synthesis for whatever drug molecules you need, that I think would just be insanely satisfying.
strogatz (38:11):And an interesting example of how fundamental thinking about research, like, you might be really driven by your curiosity about origin of life, or thinking about this deep question of what does it mean to be alive or not alive? And then, out of that pure curiosity-driven research comes these fantastic biomedical applications. It’s not far-fetched, I think.
Mansy (38:31):For a long time, I mean, I would run into colleagues that did neurobiology, and this kept popping up over and over again. So we built artificial cells because of the difficulty in sensing stuff. We had them sense the same sort of molecule that would have been secreted from bacteria. So in that sense, the listening component was, you know, listening to bacteria talk. But in response, it could talk to neurons, and so what we actually did was, they were neural stem cells. And this was done in collaboration with three different biology labs, because I have no experience with eukaryotic biology or doing any sort of tissue culture stuff. So this, you know, took a dedicated Ph.D. student, his name is Duhan Toparlak. Basically, these artificial cells could synthesize and release brain-derived neurotrophic factor, which is a neurotrophic factor, as the name suggests, that impacts the differentiation of neurons into, from immature to, let’s say, mature neural cells. So we took these neural stem cells, we incubated them with our artificial cells, we added the molecule that bacteria would secrete, we didn’t actually mix bacteria with the neurons. So it was sensing this molecule in the environment and in response, synthesized and released something that guided, in some sense, the differentiation of neural stem cells. So that’s what we did. It, in some sense, sounds like we did less in some ways than we did with the cellular Turing test. But it took four or five years actually, to get that to work.
strogatz (40:05):I see. So really, what’s going on in the experiment is there’s artificial cells, there’s neural stem cells, and there’s you dumping in the thing that’s telling these artificial cells, “hey, say something. Say something helpful to make the neurons grow and differentiate.”
Mansy (40:22):Exactly.
Strogatz :And you did it. I mean, sounds like this was a hard experiment from the way you’re describing it.
Mansy :Yeah, painful process. But in the end, we got it to work.
Strogatz :Well, thank you, Sheref. This was super interesting, and I really appreciate your taking the time to talk to us today.
Mansy :It was a lot of fun. Thank you for having me.
아나운서 (40:40):Stay up to date on the latest happenings in science and mathematics. Sign up for the Quanta Magazine 회람 신문. It’s free, landing every Friday in your email inbox. Head to quantamagazine.org for more info on how to sign up.
strogatz (40:54):The Joy of Why Quanta Magazine 의 팟 캐스트입니다 , The Simons Foundation이 지원하는 편집 적으로 독립적 인 간행물. Funding decisions by the Simons Foundation have no influence on the selection of topics, guests, or other editorial decisions in this podcast or in Quanta Magazine . The Joy of Why is produced by Susan Valot and Polly Stryker. Our editors are John Rennie and Thomas Lin, with support by Matt Carlstrom, Annie Melchor and Leila Sloman. Our theme music was composed by Richie Johnson. Our logo is by Jackie King, and artwork for the episodes is by Michael Driver and Samuel Velasco. I’m your host, Steve Strogatz. If you have any questions or comments for us, please email us at [email protected] Thanks for listening.
