nr.148
Du kan tegne abonnement på BioNyt: Videnskabens verden **her!**

Kunstigt liv

Hvor studerer man kunstigt liv ?

"Kunstigt liv studeres bl.a. på Center for Living Technology på Syddansk Universitet (FLinT-laboratoriet åbnet januar 2008).Center for Fundamental Living Technology (FLinT) at University of Southern Denmark (SDU) afholder d. 12 Internationale konference om ""Artificial Life"", 19-23. august, 2010. Email: lol@ifk.sdu.dk. Se konferencens Internetside. Centerleder Professor Steen Rasmussen står i spidsen for en gruppe forskere (bl.a. Martin Hanczyc og Pierre-Alain M. Monnard), der har etableret de højteknologiske faciliteter i Odense på baggrund af de lignende funktioner, som gruppens oprindelige laboratorium på Los Alamos National Laboratory i New Mexico havde. Steen Rasmussen har arbejdet som forsker på Los Alamos National Laboratory siden 1988 og har her forsøgt at udvikle en simpel kunstig livsform siden 2003, som hurtigt blev døbt 'The Los Alamos Bug'. Siden har han og hans ansatte forsøgt at udvikle denne skabning i laboratoriet, og det er dette arbejde, som forskerne vil fortsætte i Danmark. Også mange andre steder i verden arbejder man på at skabe kunstigt liv, og de senere år er der sket en sand eksplosion i antallet af forskningsprojekter overalt i verden, hvor man kunstigt forsøger at lave den simpleste form for liv, man kan forestille sig.[8582]. "

Hvad er kunstigt liv ?

Kunstigt liv er ikke fremstillet endnu. Med betegnelsen tænker man på den mindste menneskefrembragte enhed, som kan tænkes at formere sig (f.eks. ved tilførsel af byggesten-molekyler og en energikilde) og som også har en form for arvemasse. Det hele skal være i en beholder af en slags, f.eks. en micelle – en yderst simpelt opbygget "celle". Den simpleste celle, som man kan forestille sig, er tusind gange mindre end de celler, der findes på Jorden i dag, og en million gange mere simpel [8582].

Hvad er arvematerialet i kunstigt liv ?

I sin mest simple form består arvematerialet kun af ét gen. Dette gen er koblet direkte sammen med cellens stofskifte. Det simple gen kan derfor direkte styre cellens stofskifte, der sørger for at omdanne ressourcer til nye byggestene. [8582]

Har kunstigt liv en cellemembran ?

Den mest simple form for kunstigt liv tænkes at være uden cellemembran. I stedet bliver cellens komponenter holdt fast af noget, der sørger for at klistre ingredienserne sammen. (Er blevet sammenlignet med brugt tyggegummi )[8582]

Har man lavet kunstigt liv ?

Man har i hvert fald påvist, at det simple design (tyggegummi, stofskifte og gen koblet sammen) virker! Forskerne har set de første tegn på, at cellens stofskifte kan omdanne ressourcer til byggestenene – styret af informationen på det simple gen. Forskerne har også påvist, hvordan en celle kan dele sig. Man mangler så at påvise, at arvematerialet kan blive kopieret, samtidigt med at denne kopiering kan ske, mens stofskiftet stadig virker og cellen deler sig. Dette mangler altså for at den kunstige celle kan siges at være "levende".[8582]

Hvad forventer man sig at levende liv ?

Man forventer at kunne se, hvordan den lille kunstige celle deler sig, og hvordan den med tiden udvikler nye egenskaber.

Vil man kunne lave kunstig evolution ?

Forskerne har en vision om at skabe mange kunstige celler med hver deres genmateriale – hvilket vil medføre kunstig evolution: Da generne direkte styrer cellernes stofskifte, vil cellerne altså vokse i forskellige tempi – hvilket betyder, at nogle celler vil sprede sig hurtigere og have bedre chance for at overleve end andre. Ved at følge flere protoceller på én gang vil forskerne derfor kunne følge evolutionen og se naturens kreative kræfter udfolde sig for øjnene af os. Men en hel zoologisk have med kunstige livsformer vil man kunne se, hvilke slags liv der klarer sig bedst i forskellige miljøer.

Kan man lave kunstigt liv ud fra naturligt liv ?

Opgaven med at lave kunstigt liv kan gribes an på to forskellige måder. Enten kan man, som Steen Rasmussen, bygge det op helt fra grunden ved at samle nogle simple byggesten – en metode, der kaldes "Bottom Up". Eller man kan tage en eksisterende livsform og forsimple den ved at fjerne gen for gen. Når man ikke kan fjerne flere gener uden at slå organismen ihjel har man en livsform som er et bud på hvad minimalt liv kunne være.[8582]

Er den lettere at bygge kunstigt liv fra bunden ?

Det er helt klart lettest at lave kunstigt liv ved at starte ud med en livsform, som allerede virker. For her har naturen gjort det hårde arbejde. Men måske lærer man mere ved at forsøge at opbygge nye, anderledes livsformer helt fra grunden. Det vil også udfordre vores opfattelse af, hvad liv er [8582]

Kan kunstigt liv fortælle os, hvordan livet opstod ?

De kunstige livsformer, der vil trives, vil med stor sandsynlighed dele egenskaber med de allerførste livsformer, der eksisterede engang for omkring 4 milliarder år siden. Professor Steen Rasmussen er overbevist om, at de første kunstige livsformer på Jorden enten fra FLinT eller fra andres forskningslaboratorier ser dagens lys i løbet af det kommende årti. De vil kunne løfte sløret for, hvordan de første livsformer opstod og udviklede sig for fire milliarder år siden. [8582]

Hvad er The Los Alamos Bug ?

Det er en kunstig celle, der kun indeholder fire ingredienser, der alle er kunstigt fremstillede: 1) En portion sæbe (dvs. fedtsyre-molekyler, der danner en sæbeboble-lignende beholder). 2) Et drys af noget, der ligner optisk hvidt – altså det stof, som gør vasketøjet hvidt i vaskepulver (som er fotoaktive stofskifte-molekyler) 3) En lille smule kunstigt fremstillede DNA-lignende molekyler (kaldet PNA). Disse ingredienser samles automatisk i vand, hvor de danner klumper, der består af stofskifte-molekyler og gener, der er sammenholdt af en beholder (kunstig celle eller protocellen). 4) olie (der minder om olivenolie). Denne olie får protocelle-beholderen til at svulme op, så en sæbehinde med en oliedråbe indeni nu udgør den kunstige celles beholder. PNA-molekylet fungerer som cellens arvemateriale eller gen, mens stofskifte-molekylet kommer fra det pulver, der minder om optisk hvidt. Når cellen bliver udsat for lys, bliver olien omdannet til sæbe i en kemisk reaktion, der drives af lysenergien. Det er gen-molekylet, der bestemmer, hvor godt stofskifte-molekylet omdanner oliedråben til en stadig voksende sæbehinde. Til sidst bliver sæbehinden for stor og brister – den deler sig til to eller flere selvstændige sæbehinder, som både stofskifte-molekylerne og gen-molekylerne nu sidder på.[8582]

Fungerer The Los Alamos Bug ?

Forskerne kan godt få cellen til at dele sig, men de mangler stadig at finde ud af, hvordan de også kan få arvematerialet til at kopiere sig selv [8582]

Hvordan forestiller man sig en kunstig celledeling ?

En computersimulering af en såkaldt micelle-deling vises på en video: Micellerne er opbygget af sæbemolekyler. De røde ender af sæbemolekylerne kan lide vand, hvorimod de blå haler ikke så godt kan lide vand. (Det hele foregår i vand, men vandmolekylerne er ikke vist på videoen). De gule molekyler er ioner, der sørger for, at der er ladningsbalance i systemet.(Simulering: Postdoc Pawel Weronski, FlinT-laboratoriet). [8582]

Hvordan forestiller man sig et kunstigt stofskifte ?

En computersimulering af en simpel replikation på overfladen af en micellestruktur: video. Genmolekylerne er sorte og hvide, sæbe- molekylerne er grønne og gule, og oliemolekylerne er gule. (Det hele forgår i vand, som dog ikke er vist). (Simulering: PhD- studerende Harold Fellermann, FLinT-laboratoriet).

Hvordan forestiller man sig en kunstig celledeling ?

På et filmklip af en primtiv protocelle-beholder set under et mikroskop ses beholderen, der består af olie og sæbe, der på grund af en meget primitivt stofskifte-proces, hvor olien bliver omdannet til sæbe, kan bevæge sig fra et surt mod et bittert miljø. pH er højere (mere bittert) for oven end for neden (mindre bittert) i filmen. Surhedsgraden, pH, bestemmer, hvorledes "stofskiftet" fungerer: Jo højere pH (jo mere bittert), des bedre/hurtigere stofskifte, dvs. jo hurtigere bliver olien omdannet til sæbe. Da overfladespændingen afhænger af pH (således at jo højere pH, jo lavere overfladespænding), betyder det, at overfladen bliver trukket væk fra det område (oversiden) af oliedråben, hvor pH er højest (mest bitter). På grund af gnidning mellem olieoverfladen (der bevæger sig fra oven og nedefter) og den omgivende væske, bevæger oliedråben sig i retningen mod den høje pH (mest bittert område), hvilket er opad på filmen. (Film: Martin Hanczyc, FLinT-laboratoriet) [8582]

Hvordan forestiller man sig kunstig arvemasse ?

Animation (her) af en lys-drevet protocelle-stofskifteproces, hvor olie bliver omdannet til sæbe – afhængig af, hvilken information, det primitive gen har. Resultatet af stofskifteprocessen kan direkte følges af et trænet øje ved at identificere, hvilke strukturer, der opstår i løbet af processen. I starten er systemet domineret af store oliedråber, og i slutningen af processen er systemet domineret af dobbeltlags-membranstrukturer lavet af sæbe. Bemærk i øvrigt de spændende protocelle-fusionsprocesser undervejs. (Film: Pierre-Alain Monnard , FLinT-laboratoriet) [8582]

Hvad kan kunstigt liv bruges til ?

De nye kunstige livsformer vil kunne bruges i udviklingen af levende teknologi, der eksempelvis kan reparere sig selv.

Hvad består stofskiftemolekylerne af ?

Stofskiftemolekylerne er hydrofobe lysfølsomme stoffer, enten et organisk stof med farve (stilbene) eller et organisk stof med metalatomer (Ru-bpy) med kulbrinte-haler. Alle protocellekomponenterne designes så de kan samle sig selv i vand [8584].

Hvad består arvematerialet af ?

For at forsimple protocellen mest muligt anvendes et arvemateriale, som selv virker som elektrondonor for stofskiftet, hvilket betyder, at generne direkte katalyserer stofskifteprocesserne. Gener, stofskiftekomponenter og beholderen for livet samarbejder ved at generne er integreret som en funktionel komponent for elektronoverførsel for stofskiftet, dvs. at generne direkte katalyserer stofskifteprocesserne. Stofskiftet frembringer komponenterne til beholderen samt andre byggekomponenter, som selvsamler sig til et kompleks, som indeholder stofskiftet og generne og som katalyserer selvsamlingen af generne og

Hvor stor er protocellen ?

Protocellen, som man arbejder på at opbygge som en slags kunstigt liv, er kun nogle nanometer stor. Det er meget mindre end almindelige levende celler [8584]

Hvad menes med betegnelsen "kunstigt liv" ?

Kunstigt liv (undertiden betegnet Alife eller alife) er studiet af systemer, der vedrørende liv, dets processer og udvikling ved hjælp af simuleringer med computermodeller, autonome robotter eller biokemi. [1]. Forskningen i kunstigt liv omfatter bl.a. kemien hos selvsamlende protoceller. Navnet "Artificial life" blev lanceret af Christopher Langton, en amerikansk datalog, i 1986. [2] Der findes tre hovedgrupper af alife[3], opkaldt efter deres tilgange til studiet heraf: den bløde (soft) [4], fra "software", den hårde (hard) [5], fra "hardware" og den våde, fra biokemien. Kunstigt liv efterligner traditionelle biologi ved at forsøge at genskabe de biologiske fænomener. [6] Udtrykket "kunstigt liv" anvendes ofte brugt specifikt om de computersimulerede studier, der f.eks. efterligner evolutionens udvikling af nye varianter (John Johnston, (2008) "The Allure of Machinic Life: Cybernetics, Artificial Life, and the New AI", MIT Press ). Se mereher.

Hvad er liv ?

En bredt accepteret definition på liv er 1) en celle, der kan bruge energi til at omdanne føde til byggestenene til cellen, 2) og som kan vokse i omfang og dele sig og 3) som kan udvikle nye egenskaber (via et arvemateriale). Men det er vanskeligt at definere, hvad liv er, selv om vi jo godt ved, hvad liv er. Man har næppe en altomfavnende definition, der medtager alt liv, og afskærer alt ikke-liv. Problemet skyldes, at liv er en proces og intet stof kan i sig selv siges at være liv. DNA er f.eks. ikke liv, når det findes i isoleret form i et reagensglas. Man har f.eks. foreslået følgende definitioner: "Liv er systemer, som reagerer på ændringer (ydre eller indre), på en sådan måde, at de fremmer deres egen fortsatte eksistens". "Selvorganiserende og selvproducerende". "Selv-vedligeholdende system, der gennemgår en Darwin-evolution". "System med stofskifte og bevægelse". Man kan sige, at liv er et system, som kan opretholde sin egen eksistens. Liv har stofskifte, kan opretholde en stofskiftebalance (homeostase), kan vokse, kan reagere på stimuli, kan formere sig, og kan via naturlig selektion i løbet af flere generationer tilpasse sig ændrede vilkår (evolution). Komplekse livsformer kan kommunikere. Der er en række fællestræk ved alle livsformer, bl.a. at deres biokemi er en carbon-biokemi og at opløsningsmidlet i cellerne er vand, og at arvematerialet er DNA-lignende. [11], [12], [13]. Omvendt er organiske stoffer ikke lig med liv (det troede man engang, indtil en kemiker Wöhler i 1828 lavede det organiske stof urinstof i laboratoriet ud fra uorganiske stoffer. Man troede også engang, at liv indeholdt en særlig fysisk kraft, som man kaldte vitalkraften, indtil Helmholtz fandt ud af, at der ikke tabes energi under muskelarbejde, og at der altså ikke krævedes nogen "vitalkraft" for at bevæge en muskel. (Tanken om, at der findes en særlig vitalkraft, er nu helt afvist af videnskaben – og overlever kun inden for homeopatiens ikke-videnskabeligt baserede univers som gammelt tankegods). Læs mere her.

Er reproduktionsevne et krav for, at noget er liv ?

Reproduktionsevne må generelt være en del af definitionen på liv, men der må så også indføres nogle undtagelser, for et muldyr kan ikke formere sig (den er steril), men den er jo naturligvis liv alligevel. Muldyret er en krydsning mellem en hest og et æsel, og er ikke i stand til at formere sig. Men muldyret er så også blot en undtagelse, og derfor stadig liv.

Er virus liv ?

Virus betegnes som organismer på kanten af liv, idet virus mangler eget stofskifte, men indeholder arvemateriale og kan (ved parasitisme i en celle) undergå Darwin-evolution. Den selvsamlende egenskab hos virus fører tanken hen på, at det første liv formentlig var selvsamlende.

Kan man lave virus i laboratoriet ?

Selv om det i øjeblikket er meget lettere at læse den genetiske kode end at fremstille den genetiske kode kunstigt, er forskningen i det sidstnævnte i kraftig udvikling. Man har i dag maskiner, som kan lave små stykker DNA, med omkring 50 baseenheder. Men jo længere DNA-systemer man syntetiserer, jo flere fejl opstår. I et forsøg fremstillede man DNA-systemet for et virus, som dræber kolibakterien. Det lykkedes, idet kolibakterien anerkendte det kunstigt fremstillede DNA og dannede viruspartikler af det, som efterfølgende slog bakterien ihjel – som dette virus jo altså gør. Den pågældende bakteriofag-virus hedder "phi X 174" (ofte blot omtalt som "phi X") og var det første DNA-baserede genom, som blev sekvensbestemt (af Fred Sanger's gruppe i 1977). Craig Venter's gruppe, som gjorde forsøget med at syntetisere dette bakteriofagvirus' DNA og få det accepteret af en kolibakterie, brugte dette DNA fordi det ikke tåler nogen fejl i syntetiseringen – så vil det ikke virke – og Craig Venter's gruppe udviklede derfor en metode, hvor fejl blev opdaget undervejs og rettet straks. Craig Venter siger: "Vi behøver ikke at lave liv forfra, vi behøver blot at designe det nødvendige software, (som så laver sit eget hardware i f.eks. en kolibakterie).

Kan computerbaseret kunstigt liv bevæge sig ?

I en computer kan man studere udviklingen i morfologi og adfærd af komplekse væsener i virtuelle miljøer ved hjælp af genetiske algoritmer. Man kan skabe forskellige situationer og komplekse aktiviteter som "klatring" og "skøjteløb".

Hvilke emner diskuterer man på konferencer om kunstigt liv ?

• Kemisk selv-samling og kompleksitet
• Protocellen
• Minimal-syntetiske celler ("Bottom up"-tilgang til forskningen)
• Kunstige celler ved "Top Down"-tilgang til forskningen.
• Biologisk og kemisk informationsbearbejdning
• Minimal Cognition og fysisk intelligens
• Livets oprindelse
• Teoretisk og computerbaserede netværkssystemer
• Kunstig kemi (Artificial Chemistries)
• Evolutionær dynamik
• Systembiologi
• Multi-niveau økologier
• Komplekse netværk
• Modulær Robotteknologi
• Robot-energi-autonomi
• Robot-selvsamling
• Intelligens og læring
• Filosofiske aspekter af kunstigt liv og livsteknologi
• Fremtidens ingeniørvidenskab (Emergent Engineering)
• Blandede levende (teknologi) systemer (Mixed Living (Technology) Systems)
• Socio-Teknologiske systemer
• Organisering og kollektiv intelligens
  ()

• link1 link2

Tegn abonnement på

BioNyt Videnskabens Verden (www.bionyt.dk) er Danmarks ældste populærvidenskabelige tidsskrift for naturvidenskab. Det er det eneste blad af sin art i Danmark, som er helliget international forskning inden for livsvidenskaberne.

Bladet bringer aktuelle, spændende forskningsnyheder inden for biologi, medicin og andre naturvidenskabelige områder som f.eks. klimaændringer, nanoteknologi, partikelfysik, astronomi, seksualitet, biologiske våben, ecstasy, evolutionsbiologi, kloning, fedme, søvnforskning, muligheden for liv på mars, influenzaepidemier, livets opståen osv.

Artiklerne roses for at gøre vanskeligt stof forståeligt, uden at den videnskabelige holdbarhed tabes.