Martin Hanczyc: The line between life and not-life

マーチン・ハンジク: 生命と非生命の境界線

翻訳: Natsuhiko Mizutani 校正: Andrew McMahon

So historically there has

歴史的に見ると

been a huge divide between what people

生命ではないと考えられるものと

consider to be non-living systems on one

生命と考えられるものとは

side, and living systems on the other side.

双方が大きく隔たっていました

So we go from, say, this beautiful and

この美しくて複雑な

complex crystal as non-life, and this rather

結晶は非生命の側にあり

美しくて複雑な猫が反対側になります

beautiful and complex cat on the other side.

Over the last hundred and fifty years or so,

これまで150年ほどの科学によって

science has kind of blurred this distinction

非生命と生命との区別は

between non-living and living systems, and

はっきりしなくなり

now we consider that there may be a kind

いまや両者の間は境目なく

of continuum that exists between the two.

続いているかのようです

We'll just take one example here:

一例をあげましょう

ウィルスは自然に存在しますね

a virus is a natural system, right?

But it's very simple. It's very simplistic.

ただし単純きわまりないものです

It doesn't really satisfy all the requirements,

生命としての

it doesn't have all the characteristics

必要条件すら満たしません

of living systems and is in fact a parasite

生命の特徴を全ては満たさず

on other living systems in order to, say,

他の生命に寄生することで

reproduce and evolve.

繁殖したり進化を遂げます

But what we're going to be talking about here

今夜のお話では

tonight are experiments done on this sort of

この並びの中では非生命寄りに

non-living end of this spectrum -- so actually

位置づけられる実験を紹介します

doing chemical experiments in the laboratory,

実験室で行う化学の実験です

mixing together nonliving ingredients

非生命体の材料を混合して

to make new structures, and that these

新しい構造を作り出し

new structures might have some of the

その構造が

生体系の特徴の一部を有するのです

characteristics of living systems.

Really what I'm talking about here is

これはつまり

ある種の人工生命を作る試みです

trying to create a kind of artificial life.

So what are these characteristics that I'm

どんな特徴に注目しているかというと

talking about? These are them.

こんな特徴です

We consider first that life has a body.

まず 生命には肉体があります

Now this is necessary to distinguish the self

肉体は自己を

from the environment.

環境と区別するために必要です

Life also has a metabolism. Now this is a

また生命は代謝します

process by which life can convert resources

これは環境から取り込んだ資源を

from the environment into building blocks

体の構成要素に変換して

so it can maintain and build itself.

自己を維持し 拡張していく過程のことです

Life also has a kind of inheritable information.

生命は子孫に情報を伝えます

Now we, as humans, we store our information

ヒトは自分の情報を

as DNA in our genomes and we pass this

ゲノムの中のDNAとして持ち

これを子孫に伝えます

information on to our offspring.

If we couple the first two -- the body and the metabolism --

肉体と代謝という最初の二つの特徴を

we can come up with a system that could

合わせると 移動して複製もできる

perhaps move and replicate, and if we

システムができます

coupled these now to inheritable information,

さらに継承可能な情報も組み込めば

we can come up with a system that would be

もっと生命に近いシステムとなります

more lifelike, and would perhaps evolve.

進化もしていくかもしれません

And so these are the things we will try to do

実験室で我々が試みたのは

in the lab, make some experiments that have

生命の特徴の1つ以上を

one or more of these characteristics of life.

実験で示すことです

So how do we do this? Well, we use

どうやったかというと

a model system that we term a protocell.

プロトセルと呼ぶモデルを使いました

You might think of this as kind of like a

ごく原始的な細胞を

primitive cell. It is a simple chemical

想像してください

model of a living cell, and if you consider

生きた細胞の簡単な化学モデルです

for example a cell in your body may have

例えば皆さんの体の細胞では

on the order of millions of different types

数百万種もの分子が

of molecules that need to come together,

複雑なネットワークの中で相互作用し

play together in a complex network

「生きている」と呼べる

to produce something that we call alive.

状態となります

In the laboratory what we want to do

実験室では同じようなことを

is much the same, but with on the order of

数10種類ほどの分子だけで

目指しています

tens of different types of molecules --

複雑さは大幅に失われますが

so a drastic reduction in complexity, but still

生命のように見える状態を 作ろうとしています

trying to produce something that looks lifelike.

And so what we do is, we start simple

私たちは簡単な実験から

and we work our way up to living systems.

高度化して 生きたシステムを目指します

Consider for a moment this quote by

100年前にルデュクが

Leduc, a hundred years ago, considering a

合成生物学について

kind of synthetic biology:

残した言葉を見ていきましょう

"The synthesis of life, should it ever occur,

「生命が合成されることがあっても

will not be the sensational discovery which we

普通に考えられているような

usually associate with the idea."

驚くべき発見とはなるまい」

That's his first statement. So if we actually

初めの一文です

実験室で生命を合成できたとしても

create life in the laboratories, it's

日常生活には何も影響しないでしょう

probably not going to impact our lives at all.

「進化論を受け入れれば

"If we accept the theory of evolution, then

生命の合成の

the first dawn of synthesis of life must consist

最初のきざしは無機と有機の

in the production of forms intermediate

between the inorganic and the organic

中間的な姿となるであろう

world, or between the non-living

すなわち非生命と生命の境目で

and living world, forms which possess

生命の原始的な特徴の

only some of the rudimentary attributes of life"

幾つかだけを有する姿となろう」

-- so, the ones I just discussed --

先ほど述べた特徴ですね

"to which other attributes will be slowly added

「環境からの進化的なはたらきが

in the course of development by the

作用する中で少しずつ

evolutionary actions of the environment."

他の属性が加わるのだ」

So we start simple, we make some structures

まず単純な実験で

生命の特徴の一部を有するー

that may have some of these characteristics

of life, and then we try to develop that

構造を作り そこから発展させて

to become more lifelike.

しだいに生命に近づけていきます

This is how we can start to make a protocell.

プロトセルの試作は このように始まります

We use this idea called self-assembly.

自己組織化というアイデアを用います

What that means is, I can mix some

すなわち 試験管の中で

chemicals together in a test tube in my lab,

化学物質を混ぜると

and these chemicals will start to self-associate

自己会合を始めて どんどん

to form larger and larger structures.

大きな構造ができていくのです

So say on the order of tens of thousands,

数万とか

hundreds of thousands of molecules will

数十万もの分子が集まって

come together to form a large structure

それまでなかった

that didn't exist before.

大きな構造を作ります

And in this particular example,

この例では

what I took is some membrane molecules,

いくつかの膜分子を利用しました

mixed those together in the right environment,

適切な条件で材料を混ぜると

and within seconds it forms these rather

ものの数秒で

こんなに複雑で美しい構造ができます

complex and beautiful structures here.

These membranes are also quite similar,

これらの膜は

形態も機能も

morphologically and functionally,

生体膜と大変似たものです

to the membranes in your body,

そこでこの膜を使って

and we can use these, as they say,

我々のプロトセルを作れるわけです

to form the body of our protocell.

Likewise,

同様に

we can work with oil and water systems.

水と油のシステムも利用できます

As you know, when you put oil and water together,

油と水は互いに混ざりませんが

they don't mix, but through self-assembly

自己組織化によって

きれいな油滴ができるので

we can get a nice oil droplet to form,

プロトセルとして人工生物の

and we can actually use this as a body for

our artificial organism or for our protocell,

本体にできます

as you will see later.

また後で お見せします

So that's just forming some body stuff, right?

ここまでは体の作り方でしたね

Some architectures.

構造だけです

What about the other aspects of living systems?

生体システムの他の側面はどうでしょうか

So we came up with this protocell model here

今お見せしているのも

that I'm showing.

プロトセルですが

We started with a natural occurring clay

天然に産出される

called montmorillonite.

モンモリロナイトという 粘土から始めます

こんな粘土の塊が天然に得られます

This is natural from the environment, this clay.

化学的に活性のある表面を形成し

It forms a surface that is, say, chemically active.

It could run a metabolism on it.

そこで代謝を起こすことができます

Certain kind of molecules like to associate

この粘土にある種の分子がー

with the clay. For example, in this case, RNA, shown in red

例えば 赤で示すRNAが集まります

-- this is a relative of DNA,

RNAはDNAと似た

it's an informational molecule --

情報分子です

it can come along and it starts to associate

これがこの粘土の表面に

with the surface of this clay.

集まってきます

This structure, then, can organize the

この構造は

formation of a membrane boundary around

膜の境界を形成して

itself, so it can make a body of

周りが液体分子で囲まれた

liquid molecules around itself, and that's

状態になります

shown in green here on this micrograph.

顕微鏡写真の緑の部分です

So just through self-assembly, mixing things

自己組織化を用いると

together in the lab, we can come up with, say,

実験室で物質を混ぜるだけで

この膜構造の内側に

a metabolic surface with some

情報分子が結合した

informational molecules attached

代謝を営む表面が作れます

inside of this membrane body, right?

So we're on a road towards living systems.

生体系へ向けた一歩です

But if you saw this protocell, you would not

しかし このプロトセルを見て実際に

confuse this with something that was actually alive.

生きていると考えることはありません

It's actually quite lifeless. Once it forms,

生命のかけらも見当たらず

it doesn't really do anything.

出来上がっても 何も起きません

So, something is missing.

何かが足りません

Some things are missing.

いくつかの点で足りていません

So some things that are missing is,

足りない点は 例えば

for example, if you had a flow of energy

この系を通るエネルギーの流れから

through a system, what we'd want

エネルギーを少し取り込んで

is a protocell that can harvest

プロトセルが自らを

some of that energy in order to maintain itself,

維持することができないことです

much like living systems do.

生体ならできることです

So we came up with a different protocell

さて別のプロトセルモデルを作りました

model, and this is actually simpler than the previous one.

今のものよりも単純です

In this protocell model, it's just an oil droplet,

このプロトセルは ただの油滴で

but a chemical metabolism inside

内部で化学的代謝反応を起こし

that allows this protocell to use energy

そのエネルギーを使って何かをするー

to do something, to actually become dynamic,

プロトセルで このように

as we'll see here.

動いたりします

You add the droplet to the system.

この油を何滴か落とします

It's a pool of water, and the protocell

周りは水です

プロトセルは動き始めます

starts moving itself around in the system.

Okay? Oil droplet forms

自己組織化によってできた油滴の

through self-assembly, has a chemical

内部では化学的代謝が行われ

metabolism inside so it can use energy,

エネルギーを利用できます

and it uses that energy to move itself

そのエネルギーを利用して

around in its environment.

環境の中を動きます

前に述べたように 動くことは

As we heard earlier, movement is very

この種の生体系において重要です

important in these kinds of living systems.

It is moving around, exploring its environment,

動き回り 周囲の様子を探り

and remodeling its environment, as you see,

周囲を変化させます このように

by these chemical waves that are forming by the protocell.

化学的な波を起こしています

So it's acting, in a sense, like a living system

自己を保存しようとする生体のように

trying to preserve itself.

周囲に作用していると言えるのです

We take this same moving protocell here,

この動くプロトセルを使って

and we put it in another experiment,

別の実験をします

get it moving. Then I'm going

動いていますね

to add some food to the system,

ではここに食糧を加えてみます

and you'll see that in blue here, right?

青いものが見えます

So I add some food source to the system.

システムに食糧を与えます

The protocell moves. It encounters the food.

プロトセルが動き 食糧に遭遇して

It reconfigures itself and actually then

自分で形を変えると

is able to climb to the highest concentration

食糧の濃度の高いところに登っていき

of food in that system and stop there.

そこに留まります

Alright? So not only do we have this system

体があるだけではなくて

that has a body, it has a metabolism,

代謝して エネルギーを利用して

it can use energy, it moves around.

動き回れるシステムです

It can sense its local environment

周囲の環境を感知して

and actually find resources

自らを維持するための

in the environment to sustain itself.

材料を見つけます

Now, this doesn't have a brain, it doesn't have

脳も神経系も持たない

a neural system. This is just a sack of

ただ袋詰めされた化学物質なのに

chemicals that is able to have this interesting

こんな面白くて 生きものみたいに

and complex lifelike behavior.

複雑な振る舞いができるのです

If we count the number of chemicals

ここでは化学物質の種類は

in that system, actually, including the water

皿を満たしている

that's in the dish, we have five chemicals

水を含めても5種で

that can do this.

こんな系ができました

So then we put these protocells together in a

こんなプロトセルを

single experiment to see what they would do,

組み合わせる実験をすると

and depending on the conditions, we have

条件にもよりますが

some protocells on the left that are

左側では 動き回るプロトセルが

moving around and it likes to touch the other

そこに置かれた別のプロトセルと

structures in its environment.

接触しようとしています

On the other hand we have two moving

右側では二つのプロトセルは

protocells that like to circle each other,

ぐるぐる回るのが好きなようです

and they form a kind of a dance, a complex dance with each other.

とても複雑なダンスのようです

Right? So not only do individual protocells

この系で見たような

have behavior, what we've interpreted as

プロトセル単体の

behavior in this system, but we also have

振る舞いだけではなく

basically population-level behavior

集団レベルでの挙動もあり

similar to what organisms have.

これも生体と似たものです

So now that you're all experts on protocells,

みなさんもプロトセルの 専門家になりましたので

we're going to play a game with these protocells.

プロトセルでゲームをしてみましょう

We're going to make two different kinds.

二種類の違ったものを作ります

Protocell A has a certain kind of chemistry

プロトセルAはある種の化学物質を含み

inside that, when activated, the protocell

活性化すると

starts to vibrate around, just dancing.

振動して踊り始めます

So remember, these are primitive things,

こんなに原始的だというのに

踊るプロトセルとは

so dancing protocells, that's very

興味深いですね (笑)

interesting to us. (Laughter)

第二のプロトセルは別の化学物質を含み

The second protocell has a different

chemistry inside, and when activated,

活性化すると

the protocells all come together and they fuse

みんな集まってくっついて

一つの大きなプロトセルになります

into one big one. Right?

こんな二種類を

And we just put these two together

一緒にしてやるとどうなるか

in the same system.

まずAを入れて

So there's population A,

there's population B, and then

Bも入れて

we activate the system,

そしてシステムを活性化すると

and protocell Bs, they're the blue ones,

青い方のプロトセルBは

they all come together. They fuse together

全部が集まって一つになり

to form one big blob, and the other protocell

大きな塊となります

just dances around. And this just happens

もう一種類はただ動いています

until all of the energy in the system is

系のエネルギーがなくなるまで動いて

basically used up, and then, game over.

それでおしまいです

So then I repeated this experiment

この実験を何度も繰り返すと

a bunch of times, and one time

あるとき

something very interesting happened.

とても面白いことが起きました

So, I added these protocells together

2つのプロトセルを実験系に加えると

to the system, and protocell A and protocell B

プロトセルのAとBが融合して

fused together to form a hybrid protocell AB.

ハイブリッドのABセルができました

That didn't happen before. There it goes.

それまでなかったことです

There's a protocell AB now in this system.

ここにはプロトセルABがあるのです

Protocell AB likes to dance around for a bit,

プロトセルABはしばらく踊り続け

while protocell B does the fusing, okay?

プロトセルBが融合を続けます

But then something even more interesting happens.

そしてもっと面白いことがおきます

Watch when these two large protocells,

大きなハイブリッドのプロトセルが

the hybrid ones, fuse together.

融合するところを見てください

Now we have a dancing protocell

しばらく踊った後

and a self-replication event. Right. (Laughter)

自己複製も起きました (笑)

Just with blobs of chemicals, again.

これまた化学物質の塊です

この作用の仕方は

So the way this works is, you have

5種の化学物質だけの簡単なシステムの

a simple system of five chemicals here,

a simple system here. When they hybridize,

混成が起きるとき

you then form something that's different than

それまでとは違って

before, it's more complex than before,

もっと複雑なものができます

and you get the emergence of another kind of

また別の種類の生命と似た

特徴も現れました

lifelike behavior which

複製をしたのです

in this case is replication.

So since we can make some interesting

こんなに面白いプロトセルは

protocells that we like, interesting colors and

色や挙動も魅力的で

interesting behaviors, and they're very easy

作成するのも簡単で

to make, and they have interesting lifelike

生命のような特徴を持っています

properties, perhaps these protocells have

こんなプロトセルから地球の生命の

something to tell us about the origin of life

起源について学べることでしょう

on the Earth. Perhaps these represent an

おそらく最初の段階では

easily accessible step, one of the first steps

こんな簡単な姿から

by which life got started on the early Earth.

地球上の生命は始まったことでしょう

Certainly, there were molecules present on

実際 地球には初期から 分子が

the early Earth, but they wouldn't have been

ありましたが この実験に使ったような

these pure compounds that we worked with

純粋な化学物質では

in the lab and I showed in these experiments.

なかったでしょう

Rather, they'd be a real complex mixture of

むしろ 本当に複雑で

all kinds of stuff, because

あらゆる物が混ざり

uncontrolled chemical reactions produce

制御されていない化学反応で生成した

a diverse mixture of organic compounds.

多種多様な有機化合物の混合物

Think of it like a primordial ooze, okay?

原始のドロドロと考えてください

And it's a pool that's too difficult to fully

このタール様の茶色い

characterize, even by modern methods, and

生成物の溜りは 現代の方法でも

the product looks brown, like this tar here

完全には分析できません

on the left. A pure compound

右側に置いてある純粋な化合物と

is shown on the right, for contrast.

比べてみてください

So this is similar to what happens when you

こちらは台所にある純粋な砂糖の

take pure sugar crystals in your kitchen,

結晶を鍋に入れて加熱したときに

you put them in a pan, and you apply energy.

起きることと 似ています

You turn up the heat, you start making

砂糖に熱を加え

or breaking chemical bonds in the sugar,

化学結合を加えたり切ったりして

forming a brownish caramel, right?

茶色のカラメルが生成されます

If you let that go unregulated, you'll

これを調整せずに続けると

continue to make and break chemical bonds,

化学結合の追加と切断が続き

forming an even more diverse mixture of

さらに多様な分子の混合体となって

molecules that then forms this kind of black

この種の黒いタール状のものが

tarry stuff in your pan, right, that's

鍋の中にできます

difficult to wash out. So that's what

これは洗い流すのも大変です

the origin of life would have looked like.

生命の起源はこんなふうだったでしょう

You needed to get life out of this junk that

45億年前の初期の地球では

is present on the early Earth,

こんなドロドロの中から

four, 4.5 billion years ago.

生命は発生しなければなりませんでした

So the challenge then is,

次の課題は

throw away all your pure chemicals in the lab,

純粋な化学物質を使わずに

and try to make some protocells with lifelike

生命のような性質を持ったプロトセルを

properties from this kind of primordial ooze.

この種の原始的なドロドロから作ることです

So we're able to then see the self-assembly

先ほどもお見せした

of these oil droplet bodies again

自己組織化した油滴の

that we've seen previously,

登場です

内部の黒いしみは

and the black spots inside of there

この種の黒くて多様で複雑な

represent this kind of black tar -- this diverse,

very complex, organic black tar.

有機物のタールです

And we put them into one of these

先ほどお見せしたような実験に投入し

experiments, as you've seen earlier, and then

そこから活発な動きが

we watch lively movement that comes out.

生じるかどうか観察します

They look really good, very nice movement,

いい感じです すてきな動きです

and also they appear to have some kind of

ある種の習性があるようで

behavior where they kind of circle

互いに周りを回って

around each other and follow each other,

追っかけあっています

先ほどお見せしたのと似ています

similar to what we've seen before -- but again,

でも原始的な条件の下で行い

working with just primordial conditions,

no pure chemicals.

純粋な物質はありません

These are also, these tar-fueled protocells,

これもタールで作ったプロトセルです

are also able to locate resources

周囲から食糧を発見します

in their environment.

周囲から食糧を発見します

I'm going to add some resource from the left,

左側からエサを与えると

here, that defuses into the system,

ゆっくり広がってきます

and you can see, they really like that.

これは大好きなようで

They become very energetic, and able

とても活発になって

to find the resource in the environment,

周囲から食糧を見つけ出しました

similar to what we saw before.

前にお見せしたのとそっくりです

これも原始の環境で実現しました

But again, these are done in these primordial

conditions, really messy conditions,

制御されていない条件です

not sort of sterile laboratory conditions.

小ぎれいな実験室条件ではありません

These are very dirty little protocells,

実際 とても汚い

as a matter of fact. (Laughter)

小さなプロトセルです（笑）

But they have lifelike properties, is the point.

しかし 生体のような 特徴のあることが重要です

So, doing these artificial life experiments

こんな人工生命の実験をすることで

helps us define a potential path between

非生命と生命の間をつなぐ経路を

non-living and living systems.

定義できるようになるかもしれません

And not only that, but it helps us

それだけでなく

生命とは何か そして生命の形態のー

broaden our view of what life is

and what possible life there could be

可能性についての視野を拡げます

out there -- life that could be very different

地上とは全く異なる

from life that we find here on Earth.

生命もあり得るのです

And that leads me to the next

そこから次の言葉が現れます

term, which is "weird life."

「奇妙な生命」

This is a term by Steve Benner.

スティーブ・ベナールが名付けました

This is used in reference to a report

米国学術研究会議の

in 2007 by the National Research Council

2007年の報告書に

in the United States, wherein

登場しました

地球上とは大変違う形態の生命を

they tried to understand how we can

look for life elsewhere in the universe, okay,

宇宙でどうやって探すべきかを

especially if that life is very different from life

考察した内容です

on Earth. If we went to another planet and

別の惑星を訪れて

we thought there might be life there,

そこに生命がいるだろうと考えたときに

how could we even recognize it as life?

どうすれば生命だと判定できるでしょうか

Well, they came up with three very general

三つの一般的な基準が示されています

criteria. First is -- and they're listed here.

リストの一番です

The first is, the system has to be in

第一に 非平衡の系でなければならない

non-equilibrium. That means the system

つまり 死滅したシステムではないこと

cannot be dead, in a matter of fact.

つまり 死滅したシステムではないこと

Basically what that means is, you have

その基本的な意味は

an input of energy into the system that life

システムにエネルギーが与えられ

それを利用して自己を 保持しているということです

can use and exploit to maintain itself.

This is similar to having the Sun shining

太陽が地球を照らし

on the Earth, driving photosynthesis,

光合成が行われて

driving the ecosystem.

生態系の原動力となるのと似ています

Without the Sun, there's likely to be

太陽がなかったら

この星には生命は存在しないでしょう

no life on this planet.

第二に 生命は液状なければならない

Secondly, life needs to be in liquid form,

so that means even if we had some

つまり面白い構造だとしても

interesting structures, interesting molecules

面白い分子であっても

動けない固体だと

together but they were frozen solid,

生命には適しません

then this is not a good place for life.

第三に 化学結合を作ったり 切ったり

And thirdly, we need to be able to make

and break chemical bonds. And again

しなければなりません

this is important because life transforms

生命が環境から取り込んだ資源を

resources from the environment into

構成要素として取り込んで

自己を保持するために重要です

building blocks so it can maintain itself.

奇妙で不思議なプロトセルを紹介しました

Now today, I told you about very strange

and weird protocells -- some that contain clay,

粘土を含むもの

some that have primordial ooze in them,

原始的なドロドロを含むもの

some that have basically oil

内部が水の代わりに

instead of water inside of them.

ほぼ油だけで構成されたもの

Most of these don't contain DNA,

大半はDNAを含んでいませんが

but yet they have lifelike properties.

生命のような性質を示します

But these protocells satisfy

これらのプロトセルは生命の

these general requirements of living systems.

一般的な条件を満たします

So by making these chemical, artificial

こんな化学的な人工生命の実験を通して

life experiments, we hope not only

生命の起源と

to understand something fundamental

この惑星に生命が棲むことについて

about the origin of life and the existence

基本的な理解が得られます

of life on this planet, but also

さらにまた宇宙には どんな生命の可能性があるのかということも

what possible life there could be

out there in the universe. Thank you.

明らかになります

ありがとうございました

(Applause)

(拍手)