Πώς θα μπορούσε να συνεχίσει να εξελίσσεται η ζωή
Μια φορά κι έναν καιρό υπήρχε ένα μόριο. Αυτό το μόριο, όταν αντέδρασε με άλλα μόρια, έθεσε σε κίνηση μια ιστορία που θα είχε ως αποτέλεσμα το σύμπαν να δημιουργήσει ένα άλλο μόριο σχεδόν ακριβώς όπως αυτό το πρώτο. Στη συνέχεια, αυτό το νέο μόριο, όταν αντέδρασε με άλλα μόρια, έθεσε σε κίνηση μια ιστορία που θα είχε ως αποτέλεσμα ένα άλλο μόριο σχεδόν σαν αυτό. Και σε όλο τον γαλαξία υπήρχαν μόρια που κινούσαν ιστορίες.
Μια θεμελιώδης ιδιότητα του φαινομένου που ονομάζουμε ζωή, όπως υπάρχει εδώ στη Γη, είναι η διάδοση ιστοριών —αλγοριθμικών πληροφοριών ή διεργασιών— στο μέλλον. Πράγματι, θα μπορούσατε να το ονομάσετε την κεντρική ποιότητα ζωής, ή ακόμα και την υποκείμενη αιτία της ζωής που, στην περίπτωσή μας, τυχαίνει να εκδηλώνεται σε πολύπλοκες οργανικές μοριακές δομές. Η ακριβής ιστορία αυτών των αυτοδιαδιδόμενων ιστοριών εδώ στη Γη είναι εξαιρετικά δύσκολο να αποκωδικοποιηθεί γιατί αυτό που βλέπουμε είναι οι επιτυχίες. Δεν γινόμαστε μάρτυρες των τετράδας δισεκατομμυρίων πειραμάτων που ήταν απόλυτα αδιέξοδα κατά τη διάρκεια της διαδρομής των 4 δισεκατομμυρίων ετών μέχρι σήμερα. Μας λείπουν επίσης πολλά από τα μικρότερα λάθη, τα κάπως χαζά και τα αποδεικνύονται-να-να-να-στο-τέλος, τα οποία όλα θα ήταν ενημερωτικά αλλά τώρα έχουν χαθεί.
Αλλά γινόμαστε μάρτυρες των μηχανισμών που έχουν προκύψει για την εκτέλεση αυτών των πειραμάτων και, πιθανώς, συμβάλλουν στην αύξηση των πιθανοτήτων επιτυχίας της ζωής. Ένα κρίσιμο σύνολο αυτών των μηχανισμών περιλαμβάνει γενετική ανταλλαγή. Για παράδειγμα, η σεξουαλική αναπαραγωγή είναι η πιο οικεία σε εμάς και περιλαμβάνει ένα γενετικό μείγμα και ταίριασμα. Είναι ένας απαράμιλλος τρόπος για ένα είδος να ενισχύσει τον εξελικτικό του πειραματισμό—τη μηχανή αναζήτησής του—χρησιμοποιώντας λειτουργικές παραλλαγές γονιδίων, που απλώς αναμειγνύονται εκ νέου σε διαφορετικά γονιδιώματα.
Ωστόσο, αυτού του είδους οι πειραματισμοί έχουν σημαντικό κόστος. Για παράδειγμα, υπάρχει ένα τίμημα για τη μειωμένη διαθεσιμότητα αναπαραγωγής σε σύγκριση με την απλή ασεξουαλική κλωνοποίηση του εαυτού σας από μια ιδιοτροπία (χρειάζονται δύο για το ταγκό). Υπάρχει επίσης η ένταση του ανταγωνισμού μεταξύ ανατροφής ατόμων όπως οι άνθρωποι, όταν μόνο ένα τυχαίο 50 τοις εκατό των δικών τους γονιδίων πρόκειται να πολλαπλασιαστούν. Και ενώ η σεξουαλική αναπαραγωγή μπορεί να συγκεντρώσει μεταλλάξεις που ενισχύουν τη φυσική κατάσταση, μπορεί επίσης να συγκεντρώσει παραλλαγές γονιδίων που μειώνουν τη φυσική κατάσταση. Αυτό δεν είναι καλά νέα για τους απογόνους ή τους γονείς, αν και μπορεί να οδηγήσει σε οφέλη για ολόκληρο το είδος, καθώς οι επιβλαβείς μεταλλάξεις εξαφανίζονται γρήγορα.
Προφανώς, ωστόσο, τα οφέλη της σεξουαλικής αναπαραγωγής τις περισσότερες φορές υπερτερούν του κόστους, ειδικά σε μικρότερους πληθυσμούς και όταν το περιβάλλον αλλάζει γρήγορα. Το πιο διάσημο είναι ότι η σεξουαλική αναπαραγωγή φαίνεται να προσφέρει μια λύση στην πρόκληση της λεγόμενης υπόθεσης της Κόκκινης Βασίλισσας, όπου τα είδη πρέπει να τρέχουν (εξελίσσονται) όσο πιο γρήγορα μπορούν για απλώς να μείνουν ακίνητα μπροστά στον ανταγωνισμό ή στα παράσιτα και τα παθογόνα. /P>
Αλλά η σεξουαλική αναπαραγωγή, όπως υπάρχει στο 99,9 τοις εκατό της σύνθετης κυτταρικής ζωής στη Γη είναι μόνο ένας τρόπος με τον οποίο τα είδη τζαζ αυξάνουν το γονιδιωματικό τους υλικό. Τα προκαρυωτικά -βακτήρια και αρχαία- πραγματοποιούν ελεύθερα ποσά οριζόντιας μεταφοράς γονιδίων. κυριολεκτικά η ανταλλαγή κομματιών γενετικού κώδικα μεταξύ ατόμων που κατά τα άλλα αναπαράγονται ασεξουαλικά. Αυτό μπορεί να συμβεί με την πρόσληψη σε ένα κύτταρο γενετικών αποσπασμάτων που έχουν απελευθερωθεί από άλλους στο περιβάλλον (μετασχηματισμός), την εισαγωγή ξένου κώδικα από τις ενέργειες ενός ιού (μετατροπή) και μερικές φορές το κοντινό και άνετο κύτταρο- γεφύρωση στο κύτταρο που συμβαίνει με τη σύζευξη. Φαίνεται επίσης ότι η οριζόντια ανταλλαγή γονιδίων δεν περιορίζεται σε προκαρυώτες. Ακόμη και τα πρωτεύοντα θηλαστικά δείχνουν στοιχεία γονιδίων που μπορεί να έχουν εισαχθεί από κάποια μορφή οριζόντιας (μη αναπαραγωγικής) μεταφοράς.
Με άλλα λόγια, ζούμε στην πραγματικότητα στη μέση μιας ακατάλληλης γενετικής ανάμειξης και ανταλλαγής που λαμβάνει χώρα σε πολλαπλά επίπεδα. Και κριτικά, η ίδια η επιμονή αυτών των μηχανισμών για δισεκατομμύρια χρόνια μας λέει ότι είναι όλοι σημαντικοί και, με την ευρύτερη δαρβινική έννοια, επιτυχημένοι.
Για να το θέσω διαφορετικά:Ανεξάρτητα από τις πιο λεπτές λεπτομέρειες από τι χτίζεται η ζωή, θα μπορούσαμε να φανταστούμε ότι τα σχήματα που αντιπροσωπεύονται από αυτούς τους μηχανισμούς γενετικής ανταλλαγής θα εμφανιστούν σε οποιοδήποτε επίμονο ζωντανό σύστημα οπουδήποτε στον κόσμο. Αυτό το γεγονός εγείρει μερικές ενδιαφέρουσες πιθανότητες για το τι θα μπορούσαμε να ανακαλύψουμε πέρα από τα όρια της Γης. Όλα πρέπει να ληφθούν για αυτό που είναι—ενημερωμένες αλλά εντελώς εικασιακές προτάσεις.
Πρώτον, εάν οι διαδικασίες που αναμειγνύουν και διαδίδουν κληρονομικές πληροφορίες είναι καθολικές, η εφαρμογή τους θα μπορούσε να εξαρτηθεί σε μεγάλο βαθμό από τα περιβάλλοντα και τα υποστρώματα στα οποία λειτουργούν. Υπό αυτή την έννοια, ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί η ζωή στη Γη, με όλη την πολυμεταβλητή μεγαλοπρέπειά της για δισεκατομμύρια χρόνια, μπορεί να περιορίζεται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιαιτερότητες της πλανητικής σύνθεσης και αλλαγής, από το χημικό περιβάλλον έως τις κρούσεις αστεροειδών. Δεύτερον, οι γενεαλογίες ζωντανών συστημάτων αλλού μπορεί να υπήρχαν για πολύ περισσότερο από τα 4 δισεκατομμύρια χρόνια που φαίνονται στη Γη και οι γενεαλογίες θα συνεχιστούν πολύ στο μέλλον, αφήνοντας δυνητικά πολλά περιθώρια για την εμφάνιση πρόσθετων εκδόσεων μεταφοράς και αναπαραγωγής πληροφοριών.
Οι επιστήμονες έχουν συζητήσει πώς οι κρούσεις αστεροειδών μπορούν να οδηγήσουν στην ανταλλαγή υλικών μεταξύ κόσμων όπως η Γη και ο Άρης στο ηλιακό μας σύστημα και να μεταδώσουν τη βιολογία εμπρός και πίσω. Υπάρχουν προτάσεις ότι ένας νεαρός Άρης ήταν στην πραγματικότητα πιο πιθανός εκκολαπτήριος ζωής από μια νεαρή Γη, και μόνο αργότερα «σπόρος» του κόσμου μας. Ο χημικός Lee Cronin και εγώ έχουμε προτείνει επίσης ότι η αβιοτική χημεία μεταξύ της Γης και του Άρη που προκαλείται από κρούσεις μεταξύ της Γης και του Άρη θα προκαλούσε εκθετική αύξηση της χημικής πολυπλοκότητας και θα συνέβαλε στην τελική εμφάνιση ζωής.
Εάν επεκτείνουμε αυτές τις ιδέες σε πιο πυκνά συσκευασμένα εξωπλανητικά συστήματα (όπως οι επτά πλανήτες του αστέρα TRAPPIST-1), όπου η ανταλλαγή υλικών μεταξύ των κόσμων μπορεί να είναι πολύ πιο συχνή με την πάροδο του χρόνου, τότε υπάρχουν μέρη στον γαλαξία μας όπου η οριζόντια μεταφορά γονιδίων θα μπορούσε λαμβάνουν χώρα σε πολλές δεκάδες εκατομμύρια χιλιόμετρα και μεταξύ ολόκληρων βιόσφαιρων. Η εξέλιξη θα μπορούσε να οδηγήσει τη ζωή σε χαρακτηριστικά που είναι κατάλληλα για αυτή τη μεταφορά, επειδή προσφέρει μεγαλύτερη συνολική φυσική κατάσταση. Τελικά οι εξωγήινοι βιολόγοι σε αυτά τα μέρη μπορεί να ασχοληθούν με ένα δέντρο της ζωής που ενσωματώνει πολλαπλούς πλανητικούς εκκολαπτήρες και οι εταιρείες χαρτογράφησης γονιδιώματος θα σας έλεγαν ποιοι ήταν οι πλανητοί πρόγονοί σας.
Σε ακόμη μεγαλύτερη κλίμακα, είναι δελεαστικό να φανταστούμε τη ζωή να ανταλλάσσει φυσικά αλγόριθμους πληροφοριών σε έναν ολόκληρο γαλαξία. Πράγματι, η παλιά ιδέα της πανσπερμίας οδηγεί στη χονδρική ανταλλαγή βιολογίας μεταξύ των αστεριών. Αλλά φαίνεται πιθανό ότι τα ζωντανά συστήματα θα πρέπει να κατασκευαστούν διαφορετικά και ίσως να λειτουργούν σε διαφορετικά χρονοδιαγράμματα από ό,τι στη Γη, για να έχει νόημα αυτό το σενάριο. Και αυτό το είδος της πιθανότητας οδηγεί σε μερικές ενδιαφέρουσες ιδέες. Ενώ μπορούμε να κάνουμε εικασίες για τη ζωή που εξελίσσεται από διαφορετικά υποστρώματα, η λεωφόρος στην οποία έχουμε τη μεγαλύτερη γνώση (αν και ακόμα περιορισμένη) είναι όπου οργανισμοί που οδηγούνται από φορείς επινοούν εξωτερική τεχνολογία που μπορεί να αποκωδικοποιήσει ή ακόμα και να υποθέσει τον μανδύα πολύπλοκων ζωντανών συστημάτων. Με άλλα λόγια, μηχανές που αυξάνουν ή αντικαθιστούν την οργανική βιολογία και αλλάζουν την εξίσωση περιορίζοντας το εύρος του τρόπου, πού και πότε μπορούν να κοινοποιηθούν και να μεταφερθούν οι «γενετικές» πληροφορίες.
Το εξαιρετικό είναι ότι το κάνουμε ήδη αυτό. Πάρτε κάθε είδους διορθωτική γονιδιακή θεραπεία. Αυτή η θεραπεία βασίζεται σε μια βαθιά προηγούμενη γνώση της γονιδιακής λειτουργίας σε υγιείς πληθυσμούς - από την αλληλουχία ζευγών βάσεων του DNA έως την αλληλεπίδραση των γονιδίων με το περιβάλλον τους. Ενώ η γονιδιακή θεραπεία μπορεί να μην παίρνει κυριολεκτικά γονίδια από ένα άτομο και να τα εισάγει σε ένα άλλο, από πολλές απόψεις είναι απολύτως ισοδύναμο με αυτό ακριβώς.
Αν επιτρέψουμε στους εαυτούς μας να φανταστούμε ότι η ζωή αλλού στο σύμπαν έχει εξελιχθεί προς την τεχνολογική χειραγώγηση του περιβάλλοντός του, τότε είναι λογικό ότι η μεταφορά γονιδίων με τη μεσολάβηση μηχανών και η αναπαραγωγή οργανισμών με τη μεσολάβηση της μηχανής συμβαίνει κάπου. Θα μπορούσε να εκλογικευθεί ως μια απόφαση που λαμβάνεται από ένα συνειδητά συνειδητοποιημένο είδος, αλλά θα μπορούσε επίσης να θεωρηθεί ως μια άμεση, μηχανιστική επέκταση της αποτελεσματικότητας της γονιδιακής ανταλλαγής και της σεξουαλικής αναπαραγωγής στη διαιώνιση του φαινομένου της ζωής.
Αυτό ξεκλειδώνει μυριάδες δυνατότητες. Για παράδειγμα, γιατί να επιμείνουμε στη σεξουαλική αναπαραγωγή που περιλαμβάνει μόνο δύο γονείς που δίνουν γονίδια; Είδαμε πρόσφατα μια εκδοχή αυτού στη γέννηση ενός ανθρώπου του οποίου το DNA ήταν, κατά περιορισμένο τρόπο, ένα μείγμα από τρεις βιολογικούς γονείς. Ενώ αυτό έγινε για να προσπαθήσει να διορθώσει δυσλειτουργικά μιτοχονδριακά γονίδια, ανοίγει μια πόρτα σε πιο ριζοσπαστικές επιλογές. Με αρκετή κατανόηση των αλληλεπιδράσεων των γονιδίων και της αναπτυξιακής βιολογίας, που πιθανώς υποστηρίζεται από τη μηχανική μάθηση, θα μπορούσαμε να φανταστούμε τεχνολογικά προηγμένη ζωή όπου οι απόγονοι κληρονομούν ένα επιλεγμένο μείγμα γονιδίων από δεκάδες, εκατοντάδες, ακόμη και εκατομμύρια «γονείς». Στην πραγματικότητα, κάθε παιδί είναι πραγματικά του καθενός.
Όταν φτάσουμε σε αυτό το σημείο, οποιεσδήποτε προηγούμενες παρεκβολές μπορεί να φαίνονται αρκετά τοπικές. Για παράδειγμα, δεδομένου του χρόνου και της τεχνολογίας, ένα είδος και η βιόσφαιρά του μπορεί να εκτιναχθούν σε όλο το σύμπαν λόγω της ακόρεστης όρεξης για πληροφοριακούς αλγόριθμους που σχετίζονται με τη ζωή (γονίδια στην ουσία αλλά όχι απαραίτητα σε μορφή). Ανταλλαγή και ανάμειξη με οτιδήποτε και με όλα, αναζητώντας νέα και καλύτερα μονοπάτια μέσα από το απέραντο τοπίο της Δαρβινικής επιλογής. Ένας γαλαξίας 10 δισεκατομμυρίων ετών αντιπροσωπεύει μια φανταστική αποθήκη πειραμάτων στη ζωή. Ακριβώς όπως και με τη δική μας σεξουαλική αναπαραγωγή, μια μίξη και ταίριασμα δοκιμασμένων γονιδίων είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος για να εξερευνήσουμε παραλλαγές που μπορεί να προσδώσουν αυξημένη φυσική κατάσταση. Εάν οι εξωγήινοι εμφανιστούν ποτέ στη Γη, δεν θα ζητήσουν να μεταφερθούν στον αρχηγό μας, θα ζητήσουν μια μπατονέτα στα μάγουλα και ένα έντυπο συγκατάθεσης.
Μπορεί επίσης να είναι επωφελές να κάνουμε όπως κάνουν οι προκαρυώτες μας:Δώστε όσα γονίδια παίρνετε στα ταξίδια σας στον κόσμο. Με αυτόν τον τρόπο θα θέσετε σε κίνηση νέα εξελικτικά πειράματα σε νέα περιβάλλοντα επώασης. Εάν επιστρέψετε σε μερικές χιλιάδες χρόνια, μπορεί να έχει προκύψει κάτι νέο και χρήσιμο που, με τη σειρά του, θα βοηθήσει τη φυσική κατάσταση του είδους σας και την ικανότητά του να αποκρούει δυσλειτουργία ή ασθένεια.
Πράγματι, τα παράσιτα και τα παθογόνα θα μπορούσαν να κυνηγήσουν ένα είδος μέσω του χρόνου και του χώρου - ένα είδος κοσμικού σεναρίου Red Queen. Η μόνη ελπίδα θα ήταν να τρέξετε όσο το δυνατόν πιο γρήγορα για να βρείτε νέα γενετικά κόλπα για να τα ενσωματώσετε στο είδος ή τη βιόσφαιρά σας. Σε αυτή την περίπτωση, η ώθηση για να γίνει διαστρικό μπορεί να μην έχει να κάνει με όνειρα εξερεύνησης ή αυτοκρατορίας, αλλά όλα με θεμελιώδη βιολογία. Ένα αισθανόμενο είδος δισεκατομμυρίων ετών μπορεί να εξαντλήσει τις επιλογές του εάν μείνει στο σπίτι και παραμείνει γενετικά απομονωμένο.
Ακόμα κι αν η ζωή είναι χτισμένη από διαφορετικά πράγματα σε διαφορετικά μέρη στον κόσμο, αυτό μπορεί να μην έχει σημασία. Εφόσον μπορείτε να αποκωδικοποιήσετε τους πληροφοριακούς αλγόριθμους πίσω από τους οργανισμούς και το κληρονομικό υλικό τους, μπορείτε να τους ενσωματώσετε στο δικό σας είδος υποστρωμάτων. Στην πραγματικότητα, ίσως δεν χρειάζεται να πάτε πουθενά για να το κάνετε αυτό. Απλά πρέπει να επικοινωνήσετε. Θα μπορούσαμε, σήμερα, να χρησιμοποιήσουμε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία για να μεταδώσουμε επιλεγμένα «κυριότερα σημεία» δεδομένων γονιδίων από τον πλανήτη Γη σε άλλα αστέρια με την ελπίδα μιας ανταλλαγής. Η διαστρική οριζόντια μεταφορά γονιδίων δεν χρειάζεται να περιλαμβάνει φυσική κίνηση, αλλά θα μπορούσε να βελτιώσει την ικανότητα οποιουδήποτε συμμετέχοντος είδους. Υπάρχει επίσης μικρό κίνητρο για τη μετάδοση επιβλαβών αλγορίθμων πληροφοριών, καθώς θέλετε όλα αυτά τα άλλα ζωντανά πειράματα να συνεχίσουν να παράγουν τα αποτελέσματά τους.
Με άλλα λόγια, το απόλυτο νόμισμα της ζωής στο σύμπαν μπορεί να είναι η ίδια η ζωή:Οι θαυμάσιες γενετικές εκπλήξεις που μπορεί να επιφέρει ο βιολογικός και τεχνολογικός πειραματισμός του Δαρβίνου, δεδομένης της αρκετής ποικιλομορφίας των περιστάσεων και του χρόνου. Ίσως, τελικά, ο γαλαξίας μας, ακόμα και το σύμπαν μας, είναι απλώς ο δοκιμαστικός σωλήνας για έναν τεράστιο χημικό υπολογισμό που εξερευνά ένα μαθηματικό έδαφος πιθανοτήτων που εκτείνεται στο άπειρο.
Ο Caleb Scharf είναι αστροφυσικός, διευθυντής αστροβιολογίας στο Πανεπιστήμιο Columbia στη Νέα Υόρκη και ιδρυτής του yhousenyc.org, ενός ινστιτούτου που μελετά την ανθρώπινη και τη μηχανική συνείδηση. Το τελευταίο του βιβλίο είναι The Zoomable Universe:An Epic Tour Through Cosmic Scale, από σχεδόν τα πάντα έως σχεδόν τίποτα.
Αναφορές
1. Otto, S.P. Η σεξουαλική αναπαραγωγή και η εξέλιξη του φύλου. Εκπαίδευση στη φύση 1 , 182 (2008).
2. Williams, S.C.P. Οι άνθρωποι μπορεί να έχουν περισσότερα από 100 γονίδια από άλλους οργανισμούς. Επιστήμη (2015).
3. Schilling, G. Είμαστε τελικά Μαριτανοί; Επιστήμη (2013).
4. Scharf, C. &Cronin, L. Quantifying the origins of life on a planetary scale. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών 113 , 8127-8132 (2016).
5. Lingam, M. &Loeb, A. Ενισχυμένη διαπλανητική πανσπερμία στο σύστημα TRAPPIST-1. Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών 114 , 6689-6693 (2017).
6. Reardon, S. Αποκαλύφθηκαν γενετικές λεπτομέρειες του αμφιλεγόμενου «μωρού με τρεις γονείς». Ειδήσεις για τη φύση (2017).
Εικόνα επικεφαλής:Chan2545 / Shutterstock
