Αν ήσασταν ένα μυστικό μήνυμα, πού θα κρυβόσασταν στο ανθρώπινο γονιδίωμα;
Όταν οι άνθρωποι σκέφτονται το SETI, την Αναζήτηση Εξωγήινης Νοημοσύνης, φαντάζονται μηνύματα που αποστέλλονται μέσω ραδιοφώνου — κεραίες συντονισμού της Τζόντι Φόστερ, ελπίζοντας να πάρουν σήματα από τα «δισεκατομμύρια και δισεκατομμύρια» αστρικά συστήματα που συλλογίστηκε ο Καρλ Σάγκαν. Πιθανοί εξωγήινοι μπορεί να μεταδίδουν μηνύματα στο διάστημα και το μόνο που χρειάζεται να κάνουμε είναι να τους ακούσουμε. Φυσικά, ακόμη και χρησιμοποιώντας το φως - τον ταχύτερο δυνατό φορέα σήματος - θα πρέπει να περιμένουμε χρόνια για να φτάσουν μηνύματα ακόμη και από τα πιο κοντινά αστέρια. Και αυτό προϋποθέτει ότι ακούμε ακριβώς την κατάλληλη στιγμή στην ιστορία των 13,8 δισεκατομμυρίων ετών του Σύμπαντος. Οι πιθανότητες να επικαλύπτονται διαφορετικοί πολιτισμοί σε ολόκληρο τον γαλαξία με τόση ακρίβεια που μπορούμε να ακούσουμε αυτή τη στιγμή τα μηνύματα των εξωγήινων μπορεί να είναι αρκετά χαμηλά.
Αλλά υπάρχει ένας άλλος πιθανός τρόπος για να στείλετε σήματα σε όλο τον κόσμο, αν και αυτός που απαιτεί μεγάλη υπομονή και τεχνογνωσία:την αποθήκευση μηνυμάτων μέσα στο γενετικό υλικό. Η κωδικοποίηση ενός μηνύματος σε έναν οργανισμό ή ιό και στη συνέχεια η αποστολή του σε ένα διαστρικό ταξίδι σε άλλους πλανήτες απαιτεί μακρά αναμονή—ίσως χρειαστούν αιώνες για να εξελιχθεί η ευφυής ζωή στον πλανήτη προορισμού, όπου περιμένει το μήνυμα—αλλά αυτοί οι οργανισμοί, γεμάτοι ένα μήνυμα, είναι υπομονετικοί και είναι γόνιμοι. Αναπαράγουν αθόρυβα, μεταφέροντας και αντιγράφοντας το μήνυμα που κρύβεται μέσα στη ραχοκοκαλιά των πληροφοριών τους. Μέχρι που μια μέρα ένα αισθανόμενο ον παρατηρεί το σημαντικό μήνυμα γύρω του (ή ακόμα και μέσα του):«Δεν είσαι μόνος .”
Αν αυτό ακούγεται σαν κάτι εκτός επιστημονικής φαντασίας, αυτό συμβαίνει γιατί είναι. Όταν ήμουν στο δημοτικό και στο γυμνάσιο, μου άρεσε το Star Trek:the Next Generation . Μεγάλωσα πάνω σε αυτό. Και σε μια από τις επόμενες σεζόν, προβλήθηκε ένα επεισόδιο που εξέτασε αυτήν την ιδέα.
Η πλοκή του συγκεκριμένου επεισοδίου περιστρέφεται γύρω από μια καταδίωξη για τη συλλογή κομματιών γενετικού υλικού, αυτά που αποδεικνύεται ότι υπάρχουν σε πολλά από τα ευφυή είδη που βρίσκονται συνήθως στο Star Trek . Οι άνθρωποι, οι Klingons, οι Romulans και άλλοι, αποδεικνύεται ότι σχετίζονται με έναν κοινό πρόγονο, ο οποίος τοποθέτησε πληροφορίες σχετικά με την προέλευσή μας -ότι όλοι οι πλανήτες μας σπάρθηκαν με βιολογικές πληροφορίες από αυτόν τον πρόγονο- μέσα στα δικά μας προγονικά γονιδιώματα. Μια διασκεδαστική ιδέα, που έστειλε τους χαρακτήρες σε μια περιπέτεια τύπου Ιντιάνα Τζόουνς σε αναζήτηση βιολογικών δειγμάτων απαραίτητα για τη σύνθεση του γενετικού παζλ.
Αυτή η ιστορία δεν είναι η μόνη περίπτωση αυτής της ιδέας, η οποία έχει εμφανιστεί αρκετά στην επιστημονική φαντασία για να γίνει αντικείμενο παρωδίας:Οι χαρακτήρες στο διαδικτυακό κόμικ Dresden Codak βρίσκουν ένα μήνυμα κρυμμένο στο επίγειο DNA που αποδεικνύεται ότι είναι μια διαστρική αλυσίδα επιστολή που υπόσχεται "υπέροχα βραβεία" για όποιον "το προωθήσει αυτό σε τουλάχιστον ΔΥΟ από τους αγαπημένους σας πλανήτες."
Αλλά αυτή η έννοια έχει επίσης μια σαφή επιστημονική γενεαλογία. Ο Φράνσις Κρικ, ο συν-ανακαλύφτης της δομής του DNA, σκέφτηκε την κατευθυνόμενη πανσπερμία —η ιδέα ότι η ζωντανή ύλη στάλθηκε από εξωγήινους ανάμεσα στα αστέρια—και είναι μόνο ένα σύντομο νοητικό βήμα στο επόμενο βήμα:αποστολή μηνυμάτων μέσα σε αυτά τα ζωντανά όντα. Στην πραγματικότητα, αμέσως μετά την αποκωδικοποίηση του πρώτου πλήρους γονιδιώματος στη δεκαετία του 1970, δοκιμάστηκε για μηνύματα εξωγήινων.
Το πρώτο γονιδίωμα που αποκωδικοποιήθηκε ήταν η σύντομη και απλή γενετική αλληλουχία ενός βακτηριοφάγου - ενός ιού που μολύνει τα βακτήρια - γνωστού ως ΦΧ174. Προσβάλλει την Escherichia coli , ή όπως το έθεσαν υποβλητικά οι συντάκτες της έρευνας, «ένα εντερικό βακτήριο που κατοικεί στο κόλον των μόνων νοήμων όντων στη Γη». Οι συγγραφείς πήραν ένα κομμάτι του γονιδιώματος που είναι υπεύθυνο για την κωδικοποίηση δύο διαφορετικών πρωτεϊνών και προσπάθησαν να εξετάσουν τις πληροφορίες του για οποιοδήποτε πιθανό μήνυμα. Αυτό το τμήμα του DNA κωδικοποιεί 121 αμινοξέα (με τρία νουκλεοτίδια ή «γράμματα» του DNA για κάθε αμινοξύ), έναν ειδικό αριθμό στο ότι είναι πολλαπλάσιο των δύο πρώτων:εάν προσπαθείτε να δημιουργήσετε μια εικόνα από αυτό το τμήμα, με κάθε αμινοξύ που αντιπροσωπεύεται από ένα εικονοστοιχείο, θα είναι πάντα 11 εικονοστοιχεία κατά μήκος και 11 κάτω. Δεν υπάρχει άλλος τρόπος να το χωρίσεις. Οι ερευνητές δοκίμασαν πολλούς διαφορετικούς τρόπους οπτικοποίησης αυτού του τμήματος DNA - για παράδειγμα, κωδικοποιώντας δύο γράμματα DNA ως σκοτεινό τετράγωνο και τα άλλα δύο ως ανοιχτόχρωμο, και εξετάζοντας ένα νουκλεοτίδιο κάθε τριάδας τη φορά. Εξέτασαν επίσης κάποια άλλα μέρη του γονιδιώματος. Δυστυχώς, τίποτα δεν ξεπήδησε. Οι συγγραφείς σημείωσαν ορισμένες από τις ελλείψεις της δουλειάς τους—ένας ιός που είναι προσαρμοσμένος να μολύνει ένα συγκεκριμένο είδος σε έναν συγκεκριμένο πλανήτη είναι πολύ λιγότερο πιθανό να επιλεγεί ως όχημα για ένα διαστρικό μήνυμα παρά κάτι που μπορεί να ζήσει ανεξάρτητα, όπως ένα βακτήριο ή ένας μύκητας—αλλά απλά δεν υπήρχαν άλλα γονιδιώματα για να δούμε εκείνη την εποχή. Ήταν κολλημένοι με αυτό που είχαν. Όμως η αναζήτηση είχε ξεκινήσει.
Αρκετά χρόνια αργότερα, ένας ιός πιθήκου εξετάστηκε για στοιχεία ενός αστρικού χάρτη μέσα σε αυτόν. Και πιο πρόσφατα, ο φυσικός Paul Davies πρότεινε την αναζήτηση μηνυμάτων στον τεράστιο όγκο γονιδιωματικών πληροφοριών που δημιουργήθηκαν από τότε, χρησιμοποιώντας ένα κατανεμημένο υπολογιστικό δίκτυο, το οποίο παρομοιάζει με το SETI@Home—το έργο της NASA που χρησιμοποιεί οικιακούς υπολογιστές πολιτών για να βοηθήσει στην εξέταση. πλήθος δεδομένων τηλεσκοπίων για σημάδια ευφυών εξωγήινων.
Ο γενετιστής George Church έχει δείξει ότι οι πληροφορίες μπορούν εύκολα να αποθηκευτούν στο DNA:Αυτός και η ομάδα του χρησιμοποίησαν ένα μικροτσίπ DNA για να γράψουν ένα ολόκληρο βιβλίο 70 δισεκατομμύρια φορές σε DNA. Χρησιμοποιούν ένα μόνο νουκλεοτίδιο για κάθε bit της πληροφορίας, κωδικοποιημένο σε δυαδικό τρόπο, παρόμοιο με το πώς οι ερευνητές που κοιτούσαν τον βακτηριοφάγο είχαν υποψιαστεί ότι ένας έξυπνος εξωγήινος θα μπορούσε να κωδικοποιήσει πληροφορίες.
Το DNA είναι σταθερό σε θερμοκρασία δωματίου και θα μπορούσε να διαρκέσει για μεγάλο χρονικό διάστημα, δυνητικά καθιστώντας το έναν καλό μηχανισμό αποθήκευσης πληροφοριών. Αλλά εδώ είναι το πρόβλημα, όπως εξηγεί η Church:«Αποφύγαμε σκόπιμα τα ζωντανά κύτταρα. Σε έναν οργανισμό, το μήνυμά σας είναι ένα μικροσκοπικό κλάσμα ολόκληρου του κυττάρου, επομένως υπάρχει πολύς χαμένος χώρος. Αλλά το πιο σημαντικό, σχεδόν μόλις ένα DNA μπει σε ένα κύτταρο, αν αυτό το DNA δεν κερδίσει τη διατήρησή του, αν δεν είναι εξελικτικά πλεονεκτικό, το κύτταρο θα αρχίσει να το μεταλλάσσεται και τελικά το κύτταρο θα το διαγράψει εντελώς».
Είναι ένα πράγμα να έχεις ένα κομμάτι κρυστάλλου DNA να κάθεται κάπου για δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Αλλά αυτό το κομμάτι, όσο σταθερό κι αν είναι, είναι μικρό. Εάν θέλετε να λειτουργήσει πραγματικά ως όχημα για ένα μήνυμα, πρέπει να αναπαραχθεί και να διαδοθεί. Πρέπει λοιπόν να το βάλεις σε κάτι ζωντανό. Αλλά κάνοντας αυτό, εάν το μήνυμα δεν είναι επίσης χρήσιμο για τον οργανισμό, θα μεταλλαχθεί γρήγορα σε λήθη.
Εάν γράψετε ένα μήνυμα στα επιπλέον μέρη του γονιδιώματος, τότε αυτές οι ενότητες μπορούν απλώς να μεταλλαχθούν τυχαία ατιμώρητα. Δοκιμάστε να επιστρέψετε σε αρκετά εκατομμύρια χρόνια και να διαβάσετε το μήνυμα και θα βρείτε σφάλματα με γκράφιτι σε όλες τις πληροφορίες. Από την άλλη πλευρά, εάν το μήνυμα κωδικοποιηθεί σε κάτι που είναι σημαντικό για τη λειτουργία ενός οργανισμού, πιθανότατα θα διατηρηθεί με την πάροδο του χρόνου, αλλά αυτό θα περιόριζε σοβαρά τον τρόπο με τον οποίο μπορεί να κατασκευαστεί το μήνυμα. Είναι δύσκολο να γράψεις το «Hello World» σε μια γενετική αλληλουχία όταν χρειάζεται επίσης να φτιάξει μια σημαντική πρωτεΐνη. Αλλά ίσως αυτός είναι ο μόνος τρόπος για να συμβεί κάτι τέτοιο.
Οι ερευνητές που εξέτασαν τον βακτηριακό ιό το περίμεναν αυτό, και αυτός ήταν ένας από τους λόγους που έψαξαν σε μια περιοχή του γονιδιώματος που ήταν υπεύθυνη όχι για μία αλλά για δύο πρωτεΐνες. Υπάρχει εξελικτική πίεση που το εμποδίζει να αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, επομένως θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα σταθερό.
Πολλά χρόνια μετά την πρώτη μου συνάντηση με αυτήν την ιδέα, αφού είχα ήδη ολοκληρώσει ένα διδακτορικό στην υπολογιστική βιολογία, επέστρεψα σε αυτήν ως ένα διασκεδαστικό πείραμα σκέψης. Αποφάσισα να το δοκιμάσω σε έναν συγκεκριμένο τύπο βιολογικών πληροφοριών:υπερσυντηρημένα στοιχεία. Πρόκειται για αρκετές εκατοντάδες τμήματα του γονιδιώματος που υπερβαίνουν τα 200 γράμματα DNA που είναι εντελώς ή σχεδόν πανομοιότυπα σε πολλά διαφορετικά ζώα - από τον άνθρωπο έως τους αρουραίους - που χωρίζονται από εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια αποκλίνουσας εξέλιξης. Αν κάποιο μέρος θα μπορούσε να περιέχει ένα μήνυμα, μπορεί να είναι αυτές οι σειρές πληροφοριών, που μελετήθηκαν για πρώτη φορά λίγο περισσότερο από 10 χρόνια πριν. Εξέτασα μερικές από αυτές τις ακολουθίες βάσεων DNA που, όπως το 121, έτυχε να είναι το μήκος του γινόμενου δύο πρώτων - σε αυτή την περίπτωση, με ενδιέφεραν οι ακολουθίες που θα μπορούσαν να κάνουν ωραίες τετράγωνες ή ορθογώνιες εικόνες. Προσπάθησα να οπτικοποιήσω τα δεδομένα, με κάθε μία από τις τέσσερις βάσεις του DNA να αντιπροσωπεύεται από διαφορετικό χρώμα. Και πάλι, μετά από αυτή τη βιαστική εξέταση, τίποτα δεν ξεπήδησε.
Αλλά το επεισόδιο του Star Trek το κατάλαβα:Οι σπόροι που ανέπτυξαν τα προγονικά είδη για τις αρχέγονες σούπες πολλών πλανητών (που τελικά οδήγησαν σε ανθρωποειδή ζωή) περιείχαν επίσης το μήνυμα. Όταν πρόκειται για υπερσυντηρημένα στοιχεία, πολλά από αυτά φαίνεται να έχουν ζωτικές βιολογικές λειτουργίες, επομένως οποιοδήποτε μήνυμα μέσα σε αυτά θα έκανε σημαντικό διπλό καθήκον. Φυσικά, μπορεί να είναι δυνατό να επιμείνει ένα μήνυμα, ακόμα κι αν δεν κάνει τίποτα χρήσιμο, αν κάνετε πολλά και πολλά αντίγραφά του σε ένα γονιδίωμα. Πιθανότερο όμως από ό,τι όχι, μια επικάλυψη λειτουργίας και πληροφοριών θα ήταν πολύ πιο ικανή να διατηρηθεί στο μακρύ ταξίδι μεταξύ των αστεριών και στη μεγάλη καθυστέρηση στον εξελικτικό χρόνο που περιμένει κάποιος να διαβάσει το μήνυμα.
Και πάλι, αυτό δεν θα μπορούσε να είναι τίποτα περισσότερο από επιστημονική φαντασία και κάτι που μιλάει για την ψυχολογία μας. Ο επιστημονικός συγγραφέας Dennis Overbye συγκρίνει τη λαχτάρα μας να βρούμε μυστικά στο DNA μας με το να παίζουμε δίσκους των Beatles προς τα πίσω και να ακούμε κρυπτικά μηνύματα. Είναι φυσικό για πολλούς από εμάς να ψάχνουμε για μυστικά, είτε ελπίζουμε σε κρυφά περάσματα πίσω από βιβλιοθήκες είτε σε έναν χάρτη χαραγμένο στο πίσω μέρος της Διακήρυξης της Ανεξαρτησίας, όπως θα το έλεγε ο Nicolas Cage.
Αλλά ο κόσμος δεν λειτουργεί πάντα έτσι. Ως πλάσματα που αναζητούν μοτίβα, αντιλαμβανόμαστε μοτίβα, συνδέσεις και δομές ακόμα και εκεί που δεν υπάρχουν, ένα φαινόμενο γνωστό ως αποφένια .
Ωστόσο, εάν αυτά τα μηνύματα, κρυμμένα σε κάποιο επίγειο DNA, υπάρχουν, θα χρειαστεί χρόνος και υπομονή για να προσδιοριστεί αυτό. Ίσως, όπως υποστήριξε ο Davies, είναι καιρός για μια τεράστια προσπάθεια που θα διερευνήσει όλες τις ψηφιοποιημένες γονιδιωματικές πληροφορίες που έχουμε δημιουργήσει. Ένα έργο ανοιχτού κώδικα που κάνει ακριβώς αυτό θα ήταν συναρπαστικό για όσους ενδιαφέρονται τόσο για την αστρονομία όσο και για τη βιολογία, ανεξάρτητα από το αν αποφέρει κάποιο είδος ευρήματος.
Ένα πράγμα όμως είναι πιθανό. Οποιοδήποτε μήνυμα βρεθεί θα ανακαλυφθεί στις περιοχές που είναι πιο πολύτιμες για την επιβίωσή μας:εκείνες που διασφαλίζουν ότι μπορούμε να περάσουμε τα γονίδιά μας στην επόμενη γενιά. Οτιδήποτε λιγότερο και πιθανότατα θα είχε παρασυρθεί εδώ και πολύ καιρό από τη συνεχή ανατροπή της εξέλιξης.
Ο Samuel Arbesman είναι ανώτερος συνεργάτης του Silicon Flatirons Center for Law, Technology, and Entrepreneurship στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο και συγγραφέας του The Half-Life of Facts.
