التطور في زجاجة: الحياة الاصطناعية تقترب من الواقع
التطور في زجاجة: الحياة الاصطناعية تقترب من الواقع
فيديو: التطور في زجاجة: الحياة الاصطناعية تقترب من الواقع
فيديو: أهم 7 أشياء عن الذكاء الاصطناعي! 2023, شهر فبراير
Anonim

تقدم RNAs ذاتية التكرار العلم خطوة أخرى نحو الحياة الاصطناعية.

يعترف جيرالد إف جويس أنه عندما رأى نتائج التجربة ، كان يميل إلى إيقاف المزيد من العمل ونشر النتائج على الفور. بعد سنوات من المحاولة ، وجد هو وتلميذه تريسي لينكولن أخيرًا تسلسلين قصيرين ولكن قويين من الحمض النووي الريبي ، والتي عند مزجها معًا مع ملاط ​​من كتل بناء الحمض النووي الريبي الأبسط ، سيتضاعف عددها مرارًا وتكرارًا ، لتتوسع بمقدار 10 أضعاف في بضع مرات. ساعات والاستمرار في التكرار طالما كان لديهم مساحة ومواد خام.

لكن جويس لم تكن راضية تمامًا. أستاذ وعميد في معهد سكريبس للأبحاث في لا جولا بولاية كاليفورنيا ، الكيميائي الجزيئي البالغ من العمر 53 عامًا هو أحد الأبطال المؤسسين لفرضية "عالم الحمض النووي الريبي". هذه هي الفكرة القائلة بأن الحياة ربما كما نعرفها تعتمد على الحمض النووي والبروتينات الأنزيمية ، حيث يعمل الحمض النووي الريبي في معظمه كمجرد ناقل للمعلومات الجينية تطورت من نظام كيميائي أبسط ، يعتمد في الغالب على الحمض النووي الريبي أو حتى فقط. بالطبع ، الفكرة معقولة فقط إذا كان بإمكان الحمض النووي الريبي دعم التطور بمفرده. ربما اعتقد جويس أن الحمض النووي الريبي الاصطناعي الخاص به يمكن أن يساعد في إثبات ذلك ممكنًا. لذلك أمضى هو ولينكولن عامًا آخر في العمل مع الجزيئات ، وقاموا بتحويرها وإقامة مسابقات يمكن للأصلح فقط البقاء فيها.

في يناير ، قبل شهر واحد من الذكرى المئوية الثانية لميلاد تشارلز داروين ، أعلنا النتائج في مجلة Science. لقد أظهر نظام أنابيب الاختبار الصغير الخاص بهم بالفعل جميع الخصائص الأساسية للتطور الدارويني. تم استنساخ 24 متغيرًا من RNA ، بعضها أسرع من البعض الآخر اعتمادًا على الظروف البيئية. تنافس كل نوع جزيئي مع الأنواع الأخرى على المجموعة المشتركة من لبنات البناء. وكانت عملية التكاثر غير كاملة ، لذلك سرعان ما ظهرت المسوخات الجديدة جويس التي يطلق عليها جويس المؤتلفة بل وازدهرت.

يتذكر جويس قائلاً: "لقد تركناها تعمل لمدة 100 ساعة ، والتي رأينا خلالها تضخيمًا عامًا في عدد جزيئات المضاعف بمقدار 1023. سرعان ما تلاشت أنواع المضاعفات الأصلية ، وبدأ المؤتلفون في السيطرة على السكان. "ومع ذلك ، لم يستطع أي من المؤتلف أن يفعل شيئًا جديدًا ، وهو شيء لم يتمكن أي من أسلافه من القيام به.

لا يزال هذا المكون المهم المفقود يفصل بين التطور الاصطناعي والتطور الدارويني الحقيقي. تؤكد جويس أن "هذا ليس على قيد الحياة". "في الحياة ، يمكن اختراع وظيفة جديدة من قطعة قماش كاملة. ليس لدينا ذلك. هدفنا هو جعل الحياة في المختبر ، ولكن للوصول إلى هناك نحتاج إلى زيادة تعقيد النظام حتى يتمكن من البدء في اختراع وظيفة جديدة ، بدلاً من مجرد تحسين الوظيفة التي صممناها فيها ".

من الواضح أن هذا الهدف يبدو ممكنًا ، لأن مكررات الحمض النووي الريبي في مختبر جويس كانت بسيطة نسبيًا: لكل منها قسمان شبيهان بالجينات يمكن أن يختلفا. كل من هذه "الجينات" هو لبنة بناء قصيرة من الحمض النووي الريبي. يمكن للناسخ ، كونه إنزيم RNA ، جمع الجينين وربطهما معًا لتكوين إنزيم يكون "رفيق" المضاعف. يتم تحرير الشريك ويجمع جينين مفككين ، يتم تجميعهما في نسخة من المضاعف الأصلي. يظهر المؤتلفون عندما يكون الشريك غير مخلص ويربط بين الجينات التي لم تكن معنية ببعضها البعض. ومع ذلك ، فإن المواد المؤتلفة لم تخلق الجينات. قد يكون من الممكن هندسة نظام يقوم بذلك ، أو يضيف تعقيدًا عن طريق إعطاء كل مُضاعِف المزيد من الجينات للعمل معها.

يأمل سكوت ك.سيلفرمان ، الكيميائي في جامعة إلينوي الذي قام بعمل رائد مع إنزيمات الحمض النووي ، أنه "من خلال التقاط التطور الدارويني في جزيئات جديدة ، قد نكون قادرين على فهم المبادئ الأساسية للتطور البيولوجي بشكل أفضل" لا يزال غامضًا إلى حد ما على المستوى الجزيئي. لاحظ جويس ولينكولن ، على سبيل المثال ، في فحص ما بعد الوفاة للتجربة أن أنجح ثلاثة مؤتلفين قد شكلوا زمرة. عندما يرتكب أي عضو في الزمرة خطأ في الاستنساخ ، كانت النتيجة أحد الزملاء الآخرين.

يقول جويس إن الخطوة الكبيرة التالية نحو خلق الحياة في المختبر ستكون هندسة (أو تطوير) مجموعة من الجزيئات الاصطناعية التي يمكنها القيام بعملية التمثيل الغذائي والتكاثر. طور عالم الوراثة جاك دبليو زوستاك من كلية الطب بجامعة هارفارد بروتينات غير بيولوجية تربط ATP ، وهي مادة كيميائية تحمل الطاقة ضرورية لعملية التمثيل الغذائي. يحاول مختبر Szostak أيضًا تصميم خلايا أولية تغلف الحمض النووي الريبي داخل كرات صغيرة من الأحماض الدهنية ، تسمى المذيلات ، والتي يمكن أن تتشكل وتندمج وتتكاثر تلقائيًا.

حتى لو نجح علماء الكيمياء الحيوية في تحطيم الحمض النووي الريبي والمركبات الأساسية الأخرى في شكل ما من أشكال الحياة الاصطناعية ، فمن المحتمل أن يكون النظام الهندسي معقدًا للغاية في البداية لدرجة أنه بالكاد سيثبت أن الحياة الطبيعية بدأت بطريقة مماثلة ، قبل أربعة مليارات سنة. تتألف مكررات جويس من 50 حرفًا كيميائيًا فقط ، لكن احتمالات ظهور مثل هذا التسلسل بالصدفة هي تقريبًا واحد من كل 1030 ، كما يلاحظ. "إذا كان طوله ستة أو حتى 10 أحرف ، فسأقول أننا قد نكون في عالم المعقولية ، حيث يمكن للمرء أن يتخيلهم يتجمعون تلقائيًا" في الحساء البدائي.

من عمر أنبوب الاختبار إلى أدوات التشخيص.

سيكون خلق الحياة في المختبر مناسبة بالغة الأهمية للبشرية ، حتى لو كانت جزيئية أكثر من فرانكشتاين. ولكن قد يكون هناك المزيد من الاستخدامات الدنيوية لمثل هذه الكيمياء. يقول جيرالد إف جويس ، في مقال نُشر في دورية Nature Biotechnology ، إنَّه يصف كيف قام مختبره في معهد سكريبس للأبحاث في لا جولا بكاليفورنيا بتعديل مكررات الحمض النووي الريبي ، بحيث يتعين عليهم أداء وظيفة كيميائية حيوية للتكاثر. ويعتقد أن الفائزين في ذلك السباق التطوري سيكونون مرشحين جيدين للتشخيص الطبي. يقول سكوت ك.سيلفرمان من جامعة إلينوي إن الفكرة لها ميزة: "لنفترض أنك بحاجة إلى القيام بالكشف في بيئة قذرة مع وجود الكثير من المواد الكيميائية المختلفة ، لنفترض أنك تريد العثور على السالمونيلا داخل زبدة الفول السوداني. يصعب القيام بذلك بدون خطوات تنقية. سيكون من المفيد أن تكون قادرًا على تطوير نظام التشخيص بحيث يظل يجد الإشارة على الرغم من كل الضوضاء. " دبليو.

شعبية حسب الموضوع