ABOUT THE SPEAKER
Martin Hanczyc - Chemist
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells.

Why you should listen

Martin Hanczyc is developing novel synthetic chemical systems based on the properties of living systems, in a quest to understand how life forms. These synthetic systems, or "protocells," are model systems of primitive living cells and chemical examples of artificial life. As Rachel Armstrong puts it: "Although the protocell model system is just a chemically modified oil droplet, its dynamics are astonishingly varied and complex."

He's based at the Institute of Physics and Chemistry and the Center for Fundamental Living Technology (FLinT) in Denmark. He is also an Honorary Senior Lecturer at the Bartlett School of Architecture, University College London.

More profile about the speaker
Martin Hanczyc | Speaker | TED.com
TEDSalon London Spring 2011

Martin Hanczyc: The line between life and not-life

馬丁•漢傑克:生命與非生命的界線

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在他的實驗室裡,馬丁•漢傑克製造了「原細胞」:行為像是活細胞的化學實驗小球。他展示生命如何在地球…也許也在其他地方上發生。
- Chemist
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells. Full bio

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So historically歷史 there has
0
0
2000
在過去,
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been a huge巨大 divide劃分 between之間 what people
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2000
3000
有一個很大的鴻溝界於人,
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consider考慮 to be non-living非活 systems系統 on one
2
5000
3000
認為非生命系統的這一邊
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side, and living活的 systems系統 on the other side.
3
8000
2000
和生命系統的另外一邊。
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So we go from, say, this beautiful美麗 and
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10000
2000
我們從這個美麗
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complex複雜 crystal水晶 as non-life非壽險, and this rather
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12000
3000
且複雜的非生命晶體,然後到
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beautiful美麗 and complex複雜 cat on the other side.
6
15000
3000
另一邊美麗且複雜的貓。
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Over the last hundred and fifty五十 years年份 or so,
7
18000
3000
過去的一百五十年左右,
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science科學 has kind of blurred模糊 this distinction分別
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21000
2000
科學家模糊了這樣
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between之間 non-living非活 and living活的 systems系統, and
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23000
2000
在於非生命與生命系統之間的界限,
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now we consider考慮 that there may可能 be a kind
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25000
2000
現在我們認為有一種
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of continuum連續 that exists存在 between之間 the two.
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27000
3000
在於這二者之間的連續變化。
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We'll just take one example here:
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30000
2000
我們先來看看這個例子:
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a virus病毒 is a natural自然 system系統, right?
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32000
2000
一個病毒是一個自然系統,對嗎?
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But it's very simple簡單. It's very simplistic簡單化.
14
34000
2000
但是它非常簡單,它太過簡單了。
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It doesn't really satisfy滿足 all the requirements要求,
15
36000
2000
它無法完全滿足所有的需求。
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it doesn't have all the characteristics特點
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38000
2000
它沒有生命系統的
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of living活的 systems系統 and is in fact事實 a parasite寄生物
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40000
2000
所有特質,而事實上它是寄生
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on other living活的 systems系統 in order訂購 to, say,
18
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3000
在其他生命系統上來
01:00
reproduce複製 and evolve發展.
19
45000
2000
繁殖和演化。
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But what we're going to be talking about here
20
47000
2000
但是我們今晚將要在這裡
01:04
tonight今晚 are experiments實驗 doneDONE on this sort分類 of
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49000
2000
討論的是在非生命這部份
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non-living非活 end結束 of this spectrum光譜 -- so actually其實
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51000
2000
所作的實驗,實際上
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doing chemical化學 experiments實驗 in the laboratory實驗室,
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53000
3000
在實驗室裡所做的化學實驗
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mixing混合 together一起 nonliving無生命 ingredients配料
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56000
2000
混合了非生命的成分
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to make new structures結構, and that these
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58000
2000
產生了新的結構,而且這些
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new structures結構 might威力 have some of the
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60000
2000
新的結構也許有些
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characteristics特點 of living活的 systems系統.
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62000
2000
生命系統的特性。
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Really what I'm talking about here is
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64000
2000
我在這裡所要說的是
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trying to create創建 a kind of artificial人造 life.
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66000
2000
試著創造一種新的人造生命。
01:23
So what are these characteristics特點 that I'm
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68000
2000
那麼在我剛剛所談到的
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talking about? These are them.
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70000
2000
有什麼特性呢?它們是如下:
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We consider考慮 first that life has a body身體.
32
72000
2000
我們首先認為生命是有一個身體。
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Now this is necessary必要 to distinguish區分 the self
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74000
2000
現在有必要把個體從環境中
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from the environment環境.
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76000
2000
區分出來。
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Life also has a metabolism代謝. Now this is a
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78000
2000
生命會新陳代謝,現在這是一個
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process處理 by which哪一個 life can convert兌換 resources資源
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80000
3000
生命轉換的過程,從環境中
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from the environment環境 into building建造 blocks
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83000
2000
的元素到構成要素,
01:40
so it can maintain保持 and build建立 itself本身.
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85000
3000
它可以維護並建造本身。
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Life also has a kind of inheritable可繼承 information信息.
39
88000
2000
生命有繼承的資訊。
01:45
Now we, as humans人類, we store商店 our information信息
40
90000
2000
我們人類現在,在基因裡的DNA
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as DNA脫氧核糖核酸 in our genomes基因組 and we pass通過 this
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92000
3000
儲存資訊,然後傳遞
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information信息 on to our offspring子孫.
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95000
2000
這些訊息給我們的子孫。
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If we couple一對 the first two -- the body身體 and the metabolism代謝 --
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97000
2000
假如我們連結這二個--身體及代謝--
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we can come up with a system系統 that could
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99000
2000
我們可以得到一個可以移動
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perhaps也許 move移動 and replicate複製, and if we
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101000
2000
且複製的系統,假如我們
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coupled耦合 these now to inheritable可繼承 information信息,
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103000
3000
連結這些來繼承資訊,
02:01
we can come up with a system系統 that would be
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106000
2000
我們可以得到一個系統,那是
02:03
more lifelike逼真, and would perhaps也許 evolve發展.
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108000
2000
更像是生命的,也許可以進化。
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And so these are the things we will try to do
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110000
2000
這是我們將要試著
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in the lab實驗室, make some experiments實驗 that have
50
112000
2000
在實驗室裡做的,做出一些實驗可
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one or more of these characteristics特點 of life.
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114000
3000
有一個或多個特性的生命。
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So how do we do this? Well, we use
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117000
2000
我們如何辦到呢?我們使用
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a model模型 system系統 that we term術語 a protocell原始細胞.
53
119000
2000
一個模型系統,我們稱之為原生細胞。
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You might威力 think of this as kind of like a
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121000
2000
你可以想像這個東西像是一個
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primitive原始 cell細胞. It is a simple簡單 chemical化學
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123000
2000
原始的細胞,他是一個活細胞的
02:20
model模型 of a living活的 cell細胞, and if you consider考慮
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125000
3000
簡單化學模型,你可以把他看成
02:23
for example a cell細胞 in your body身體 may可能 have
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128000
2000
一個細胞,在你的身體裡也許有
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on the order訂購 of millions百萬 of different不同 types類型
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130000
2000
不同類型的百萬個
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of molecules分子 that need to come together一起,
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132000
2000
分子需要組成在一塊,
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play together一起 in a complex複雜 network網絡
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134000
2000
組成一個複雜的網絡
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to produce生產 something that we call alive.
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136000
3000
來產生我們賴以維生的東西。
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In the laboratory實驗室 what we want to do
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139000
2000
在實驗室裡,我們要做的
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is much the same相同, but with on the order訂購 of
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141000
2000
就是像這樣,但是十種
02:38
tens of different不同 types類型 of molecules分子 --
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143000
2000
不同分子的順序--
02:40
so a drastic激烈 reduction減少 in complexity複雜, but still
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145000
2000
在複雜度上是大幅減少,但仍
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trying to produce生產 something that looks容貌 lifelike逼真.
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147000
3000
要產生像是真的生命型態。
02:45
And so what we do is, we start開始 simple簡單
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150000
2000
所以我們這樣做,我們開始
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and we work our way up to living活的 systems系統.
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152000
3000
用自己的方式產生生命系統。
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Consider考慮 for a moment時刻 this quote引用 by
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155000
2000
考慮一下這句在
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Leduc勒杜克, a hundred years年份 ago, considering考慮 a
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157000
2000
一百多年前的話,勒度克認為
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kind of synthetic合成的 biology生物學:
71
159000
2000
合成生物學:
02:56
"The synthesis合成 of life, should it ever occur發生,
72
161000
2000
「生命的組成,應該是不斷發生,
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will not be the sensational轟動的 discovery發現 which哪一個 we
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163000
2000
不會有令人興奮的事情被發現,
03:00
usually平時 associate關聯 with the idea理念."
74
165000
2000
因我們已認為是這樣 。」
03:02
That's his first statement聲明. So if we actually其實
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167000
2000
這是他第一個聲明,如果我們真的
03:04
create創建 life in the laboratories實驗室, it's
76
169000
2000
在實驗室裡創造了生命,
03:06
probably大概 not going to impact碰撞 our lives生活 at all.
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171000
2000
也許也不會對我們的生命造成衝擊。
03:08
"If we accept接受 the theory理論 of evolution演化, then
78
173000
2000
「假如我們接受進化論,
03:10
the first dawn黎明 of synthesis合成 of life must必須 consist組成
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175000
2000
合成生命的曙光一定
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in the production生產 of forms形式 intermediate中間
80
177000
2000
在生產過程中,
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between之間 the inorganic無機 and the organic有機
81
179000
2000
從無機到有機體
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world世界, or between之間 the non-living非活
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181000
2000
的世界,或是從非生命
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and living活的 world世界, forms形式 which哪一個 possess具有
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183000
2000
到生命世界,產生
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only some of the rudimentary初步 attributes屬性 of life"
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185000
2000
只有生命的一些基本特性」
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-- so, the ones那些 I just discussed討論 --
85
187000
2000
所以,這個是我剛提到的
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"to which哪一個 other attributes屬性 will be slowly慢慢地 added添加
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189000
2000
「會慢慢的增加其他特性
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in the course課程 of development發展 by the
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191000
2000
在這個發展過程
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evolutionary發展的 actions行動 of the environment環境."
88
193000
2000
與環境互動的演化」。
03:30
So we start開始 simple簡單, we make some structures結構
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195000
2000
所以我們開始製做一些簡單的結構,
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that may可能 have some of these characteristics特點
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197000
2000
一些有生命的特性,
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of life, and then we try to develop發展 that
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199000
2000
而且我們試著發展
03:36
to become成為 more lifelike逼真.
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201000
2000
令到可以更像是生命。
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This is how we can start開始 to make a protocell原始細胞.
93
203000
2000
這是我們開始製做一個原生細胞的方法。
03:40
We use this idea理念 called self-assembly自組裝.
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205000
2000
我們用一個叫做自我組合的觀點。
03:42
What that means手段 is, I can mix混合 some
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207000
2000
意思是說,我可以在我的實驗室
03:44
chemicals化學製品 together一起 in a test測試 tube in my lab實驗室,
96
209000
2000
結合一些化學物質,
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and these chemicals化學製品 will start開始 to self-associate自聯想
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211000
2000
這些化學物質會開始自我聯合
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to form形成 larger and larger structures結構.
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213000
2000
變成大一點的結構。
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So say on the order訂購 of tens of thousands數千,
99
215000
2000
依此順序,從幾萬到
03:52
hundreds數以百計 of thousands數千 of molecules分子 will
100
217000
2000
幾十萬的分子會
03:54
come together一起 to form形成 a large structure結構體
101
219000
2000
組合在一起形成一個從未
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that didn't exist存在 before.
102
221000
2000
存在過的大型結構。
03:58
And in this particular特定 example,
103
223000
2000
在這個例子中,
04:00
what I took is some membrane molecules分子,
104
225000
2000
我將一些膜分子
04:02
mixed those together一起 in the right environment環境,
105
227000
2000
混合在這個環境中,
04:04
and within seconds it forms形式 these rather
106
229000
2000
在短時間內,它就形成了
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complex複雜 and beautiful美麗 structures結構 here.
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231000
2000
複雜且漂亮的結構。
04:08
These membranes are also quite相當 similar類似,
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233000
2000
在形態和功能上
04:10
morphologically形態 and functionally功能,
109
235000
2000
這些膜相當類似
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to the membranes in your body身體,
110
237000
2000
你身體裡的膜,
04:14
and we can use these, as they say,
111
239000
2000
我們可以使用這些
04:16
to form形成 the body身體 of our protocell原始細胞.
112
241000
2000
來形成原生細胞的主體。
04:18
Likewise同樣,
113
243000
1000
就像
04:19
we can work with oil and water systems系統.
114
244000
2000
我們可以在油和水的系統中作業。
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As you know, when you put oil and water together一起,
115
246000
2000
你知道,當你把油和水放在一起,
04:23
they don't mix混合, but through通過 self-assembly自組裝
116
248000
2000
他們不會混合,但經過組裝
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we can get a nice不錯 oil droplet水滴 to form形成,
117
250000
2000
我們可以得到一個油滴液,
04:27
and we can actually其實 use this as a body身體 for
118
252000
2000
我們可以用這個當一個主體
04:29
our artificial人造 organism生物 or for our protocell原始細胞,
119
254000
2000
做為人工有機體或是原生細胞,
04:31
as you will see later後來.
120
256000
2000
你等一下會看到。
04:33
So that's just forming成型 some body身體 stuff東東, right?
121
258000
2000
這是剛成型的身體,對嗎?
04:35
Some architectures架構.
122
260000
2000
一些架構。
04:37
What about the other aspects方面 of living活的 systems系統?
123
262000
2000
在生命系統的其他方面會是如何?
04:39
So we came來了 up with this protocell原始細胞 model模型 here
124
264000
2000
所以我們想出了原生細胞的模型,
04:41
that I'm showing展示.
125
266000
2000
我現在顯示出來。
04:43
We started開始 with a natural自然 occurring發生 clay粘土
126
268000
2000
我們開始用天然的粘土
04:45
called montmorillonite蒙脫石.
127
270000
2000
叫做蒙脫石。
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This is natural自然 from the environment環境, this clay粘土.
128
272000
2000
存在於天然的環境中,這種粘土
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It forms形式 a surface表面 that is, say, chemically化學 active活性.
129
274000
2000
會形成一個表面,這是化學活性。
04:51
It could run a metabolism代謝 on it.
130
276000
2000
它會執行代謝程序。
04:53
Certain某些 kind of molecules分子 like to associate關聯
131
278000
2000
這個粘土喜歡與某種
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with the clay粘土. For example, in this case案件, RNARNA, shown顯示 in red
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280000
2000
分子相連,舉例來說,像紅色的 RNA--
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-- this is a relative相對的 of DNA脫氧核糖核酸,
133
282000
2000
這是相對的 DNA,
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it's an informational信息 molecule分子 --
134
284000
2000
這是帶有訊息的分子--
05:01
it can come along沿 and it starts啟動 to associate關聯
135
286000
2000
它開始是單獨的,然後與其他
05:03
with the surface表面 of this clay粘土.
136
288000
2000
粘土表面相連。
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This structure結構體, then, can organize組織 the
137
290000
2000
這個結構,可以組成
05:07
formation編隊 of a membrane boundary邊界 around
138
292000
2000
一個膜邊來圍繞著
05:09
itself本身, so it can make a body身體 of
139
294000
2000
自身,可以變為液態
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liquid液體 molecules分子 around itself本身, and that's
140
296000
2000
分子的主體圍繞自己,這個
05:13
shown顯示 in green綠色 here on this micrograph顯微照片.
141
298000
2000
綠色的是顯微照片。
05:15
So just through通過 self-assembly自組裝, mixing混合 things
142
300000
2000
剛剛透過自行組裝,在實驗室裡
05:17
together一起 in the lab實驗室, we can come up with, say,
143
302000
3000
混合在一起,我們可以說
05:20
a metabolic新陳代謝 surface表面 with some
144
305000
2000
一個代謝的表面與一些
05:22
informational信息 molecules分子 attached
145
307000
2000
訊息分子在這個
05:24
inside of this membrane body身體, right?
146
309000
2000
膜的主體裡面,對嗎?
05:26
So we're on a road towards living活的 systems系統.
147
311000
4000
所以我們已走向生命系統的路上。
05:30
But if you saw this protocell原始細胞, you would not
148
315000
2000
但假如你看到這個原生細胞,你不會
05:32
confuse迷惑 this with something that was actually其實 alive.
149
317000
2000
和其他的真實生命混淆。
05:34
It's actually其實 quite相當 lifeless死氣沉沉. Once一旦 it forms形式,
150
319000
2000
它真的是沒有生命,它一旦成形,
05:36
it doesn't really do anything.
151
321000
2000
便沒有辦法做任何事。
05:38
So, something is missing失踪.
152
323000
2000
所以,一定是有東西漏掉了。
05:40
Some things are missing失踪.
153
325000
2000
有一些東西是漏掉了。
05:42
So some things that are missing失踪 is,
154
327000
2000
一些漏掉的東西是,
05:44
for example, if you had a flow of energy能源
155
329000
2000
舉例來說,如果你有一道能量
05:46
through通過 a system系統, what we'd星期三 want
156
331000
2000
貫穿一個系統,我們想要
05:48
is a protocell原始細胞 that can harvest收成
157
333000
2000
一個原生細胞可以獲得
05:50
some of that energy能源 in order訂購 to maintain保持 itself本身,
158
335000
2000
一些能量來維持自身,
05:52
much like living活的 systems系統 do.
159
337000
2000
就像生命系統所做的一樣。
05:54
So we came來了 up with a different不同 protocell原始細胞
160
339000
2000
我們想出了一個不一樣的原生細胞
05:56
model模型, and this is actually其實 simpler簡單 than the previous以前 one.
161
341000
2000
模型,這個比先前一個更簡單。
05:58
In this protocell原始細胞 model模型, it's just an oil droplet水滴,
162
343000
2000
在這個原生細胞模型中,這只是一個油滴,
06:00
but a chemical化學 metabolism代謝 inside
163
345000
2000
但有個化學代謝在裡頭,
06:02
that allows允許 this protocell原始細胞 to use energy能源
164
347000
2000
可以讓原生細胞可以使用能源
06:04
to do something, to actually其實 become成為 dynamic動態,
165
349000
3000
來做一些事情,變成動態的,
06:07
as we'll see here.
166
352000
2000
像我們看到。
06:09
You add the droplet水滴 to the system系統.
167
354000
2000
你在這個系統加入這個油滴。
06:11
It's a pool of water, and the protocell原始細胞
168
356000
2000
這是個水池,這個原生細胞
06:13
starts啟動 moving移動 itself本身 around in the system系統.
169
358000
2000
在這個系統開始自己移動起來。
06:15
Okay? Oil droplet水滴 forms形式
170
360000
2000
OK ? 油滴形成
06:17
through通過 self-assembly自組裝, has a chemical化學
171
362000
2000
透過自我組合,有一個化學
06:19
metabolism代謝 inside so it can use energy能源,
172
364000
2000
代謝在這裡頭,它可以使用能量,
06:21
and it uses使用 that energy能源 to move移動 itself本身
173
366000
2000
它用這些能量讓自己
06:23
around in its environment環境.
174
368000
2000
在這個環境裡移動。
06:25
As we heard聽說 earlier, movement運動 is very
175
370000
2000
先前我們聽過,動作在這類
06:27
important重要 in these kinds of living活的 systems系統.
176
372000
2000
的生命系統中是非常重要的。
06:29
It is moving移動 around, exploring探索 its environment環境,
177
374000
2000
它到處移動,探索這個環境,
06:31
and remodeling重塑 its environment環境, as you see,
178
376000
2000
且重新塑造它的環境,如你所看到的,
06:33
by these chemical化學 waves波浪 that are forming成型 by the protocell原始細胞.
179
378000
2000
原生細胞所產生的這些化學波。
06:35
So it's acting演戲, in a sense, like a living活的 system系統
180
380000
2000
它在動,某種意義,像是一個生命系統
06:37
trying to preserve保留 itself本身.
181
382000
3000
試著維護本身。
06:40
We take this same相同 moving移動 protocell原始細胞 here,
182
385000
3000
我們帶了一樣會動的原生細胞,
06:43
and we put it in another另一個 experiment實驗,
183
388000
2000
放在另一個實驗裡,
06:45
get it moving移動. Then I'm going
184
390000
2000
讓它動。然後我
06:47
to add some food餐飲 to the system系統,
185
392000
2000
加入一些食物在系統裡面,
06:49
and you'll你會 see that in blue藍色 here, right?
186
394000
3000
你看到這個藍色的,對不對?
06:52
So I add some food餐飲 source資源 to the system系統.
187
397000
2000
我加入一些食物在這個系統裡。
06:54
The protocell原始細胞 moves移動. It encounters遭遇 the food餐飲.
188
399000
2000
原生細胞移動了,它遇到了食物。
06:56
It reconfigures重新配置 itself本身 and actually其實 then
189
401000
2000
它重新調整了自己,然後
06:58
is able能夠 to climb to the highest最高 concentration濃度
190
403000
2000
爬上系統中濃度最高
07:00
of food餐飲 in that system系統 and stop there.
191
405000
2000
的食物,然後停留在那裡。
07:02
Alright好的? So not only do we have this system系統
192
407000
2000
對嗎?我們不只有一個系統
07:04
that has a body身體, it has a metabolism代謝,
193
409000
2000
像一個身體,它還有代謝,
07:06
it can use energy能源, it moves移動 around.
194
411000
3000
它可以使用能量來移動。
07:09
It can sense its local本地 environment環境
195
414000
2000
它會感測到周圍的環境
07:11
and actually其實 find resources資源
196
416000
2000
並在其中找到
07:13
in the environment環境 to sustain支持 itself本身.
197
418000
2000
資源來維生。
07:15
Now, this doesn't have a brain, it doesn't have
198
420000
2000
現在,它還沒有大腦,它沒有
07:17
a neural神經 system系統. This is just a sack解僱 of
199
422000
2000
神經系統,這只是一群
07:19
chemicals化學製品 that is able能夠 to have this interesting有趣
200
424000
2000
化學品的集合,有這些有趣
07:21
and complex複雜 lifelike逼真 behavior行為.
201
426000
2000
且像生命的複雜行為。
07:23
If we count計數 the number of chemicals化學製品
202
428000
2000
假如我們算一下這系統內
07:25
in that system系統, actually其實, including包含 the water
203
430000
2000
的化學物,包含了在盤子裡
07:27
that's in the dish, we have five chemicals化學製品
204
432000
2000
的水,我們有5 個化學物質
07:29
that can do this.
205
434000
2000
可以完成這個。
07:31
So then we put these protocells原始細胞 together一起 in a
206
436000
2000
接著, 我們將這些原生細胞放在
07:33
single experiment實驗 to see what they would do,
207
438000
2000
一個獨立的實驗中,觀察它們所做的,
07:35
and depending根據 on the conditions條件, we have
208
440000
2000
依照這些條件,我們有
07:37
some protocells原始細胞 on the left that are
209
442000
2000
一些原生細胞在左邊
07:39
moving移動 around and it likes喜歡 to touch觸摸 the other
210
444000
2000
往來移動著,像是要去碰這個
07:41
structures結構 in its environment環境.
211
446000
2000
環境下的其他結構。
07:43
On the other hand we have two moving移動
212
448000
2000
另一邊我們有二個移動的,
07:45
protocells原始細胞 that like to circle each other,
213
450000
2000
各自成圈圈的原生細胞,
07:47
and they form形成 a kind of a dance舞蹈, a complex複雜 dance舞蹈 with each other.
214
452000
2000
它們開始一種舞蹈,互相做複雜的舞蹈。
07:49
Right? So not only do individual個人 protocells原始細胞
215
454000
2000
對嗎?不只是單獨的原生細胞
07:51
have behavior行為, what we've我們已經 interpreted解讀 as
216
456000
2000
有行為,我們的解釋是
07:53
behavior行為 in this system系統, but we also have
217
458000
2000
這個系統中的行為,我們有
07:55
basically基本上 population-level人口水平 behavior行為
218
460000
3000
一個基本的人口水平行為,
07:58
similar類似 to what organisms生物 have.
219
463000
3000
類似生物所擁有的。
08:01
So now that you're all experts專家 on protocells原始細胞,
220
466000
3000
現在你們已是原生細胞的專家,
08:04
we're going to play a game遊戲 with these protocells原始細胞.
221
469000
2000
我們要和這些原生細胞玩個遊戲。
08:06
We're going to make two different不同 kinds.
222
471000
2000
我們要做兩種不一樣的類型。
08:08
Protocell原始細胞 A has a certain某些 kind of chemistry化學
223
473000
3000
原生細胞 A 有一種化學成分在
08:11
inside that, when activated活性, the protocell原始細胞
224
476000
2000
裡面,當活躍時,這個原生細胞
08:13
starts啟動 to vibrate顫動 around, just dancing跳舞.
225
478000
2000
會開始在周圍動來動去,像在跳舞。
08:15
So remember記得, these are primitive原始 things,
226
480000
2000
所以請記住,這些是原始的舉動,
08:17
so dancing跳舞 protocells原始細胞, that's very
227
482000
2000
這些跳舞的原生細胞,它們對
08:19
interesting有趣 to us. (Laughter笑聲)
228
484000
2000
我們是非常的有趣。 ( 笑聲 )
08:21
The second第二 protocell原始細胞 has a different不同
229
486000
2000
第二個原生細胞有一個不一樣的
08:23
chemistry化學 inside, and when activated活性,
230
488000
2000
化學成份在裡頭,當活躍時
08:25
the protocells原始細胞 all come together一起 and they fuse保險絲
231
490000
2000
原生細胞會融合在一起
08:27
into one big one. Right?
232
492000
2000
變成一大個,對嗎?
08:29
And we just put these two together一起
233
494000
2000
我們把這兩個放在
08:31
in the same相同 system系統.
234
496000
2000
同一個系統裡。
08:33
So there's population人口 A,
235
498000
2000
這是人口A,
08:35
there's population人口 B, and then
236
500000
2000
這是人口B,
08:37
we activate啟用 the system系統,
237
502000
2000
我們啟動這個系統,
08:39
and protocell原始細胞 Bs燒烤, they're the blue藍色 ones那些,
238
504000
2000
原生細胞Bs , 它們是藍色的,
08:41
they all come together一起. They fuse保險絲 together一起
239
506000
2000
全部組合成一塊。融合在一起
08:43
to form形成 one big blobBLOB, and the other protocell原始細胞
240
508000
2000
形成一個大的滴夜,而其他的原生細胞
08:45
just dances舞蹈 around. And this just happens發生
241
510000
2000
在周圍跳舞。這發生在
08:47
until直到 all of the energy能源 in the system系統 is
242
512000
2000
這個系統中,直到這些能源
08:49
basically基本上 used up, and then, game遊戲 over.
243
514000
3000
被用完為止,然後,遊戲結束。
08:52
So then I repeated重複 this experiment實驗
244
517000
2000
當我重覆這個實驗
08:54
a bunch of times, and one time
245
519000
2000
很多次後,有一次
08:56
something very interesting有趣 happened發生.
246
521000
2000
有趣的事發生了。
08:58
So, I added添加 these protocells原始細胞 together一起
247
523000
2000
我將這些原生細胞放在
09:00
to the system系統, and protocell原始細胞 A and protocell原始細胞 B
248
525000
2000
這個系統裡,原生細胞 A 和 原生細胞 B
09:02
fused融合 together一起 to form形成 a hybrid混合動力 protocell原始細胞 ABAB.
249
527000
2000
融合成一個混合的原生細胞 AB。
09:04
That didn't happen發生 before. There it goes.
250
529000
2000
這在以前從未發生,現在發生了。
09:06
There's a protocell原始細胞 ABAB now in this system系統.
251
531000
3000
現在有了原生細胞 AB 在這個系統內。
09:09
Protocell原始細胞 ABAB likes喜歡 to dance舞蹈 around for a bit,
252
534000
3000
當原生細胞B 要做融合時,
09:12
while protocell原始細胞 B does the fusing定影, okay?
253
537000
3000
原生細胞 AB 喜歡到處跳舞,OK?
09:15
But then something even more interesting有趣 happens發生.
254
540000
3000
但是更有趣的事情發生了。
09:18
Watch when these two large protocells原始細胞,
255
543000
2000
看一下這兩個大的原生細胞,
09:20
the hybrid混合動力 ones那些, fuse保險絲 together一起.
256
545000
2000
這個混合的,融合在一起。
09:22
Now we have a dancing跳舞 protocell原始細胞
257
547000
3000
現在我們有一個跳舞的原生細胞
09:25
and a self-replication自我複製 event事件. Right. (Laughter笑聲)
258
550000
4000
和一個自我分裂的事件,對嗎。 ( 笑聲 )
09:29
Just with blobs斑點 of chemicals化學製品, again.
259
554000
2000
就是和化學點滴
09:31
So the way this works作品 is, you have
260
556000
2000
這個方法可行,你有
09:33
a simple簡單 system系統 of five chemicals化學製品 here,
261
558000
2000
一個簡單的系統,內有5個化學物質,
09:35
a simple簡單 system系統 here. When they hybridize雜交,
262
560000
2000
一個簡單的系統,當它們混合時,
09:37
you then form形成 something that's different不同 than
263
562000
2000
你就創造出與原先不一樣的東西,
09:39
before, it's more complex複雜 than before,
264
564000
2000
較之前的複雜得多,
09:41
and you get the emergence緊急情況 of another另一個 kind of
265
566000
2000
你也得到另一種類似生命
09:43
lifelike逼真 behavior行為 which哪一個
266
568000
2000
行為的東西,
09:45
in this case案件 is replication複製.
267
570000
2000
在這個情況下複製。
09:47
So since以來 we can make some interesting有趣
268
572000
2000
既然我們可以製作我們感到
09:49
protocells原始細胞 that we like, interesting有趣 colors顏色 and
269
574000
2000
有趣的原生細胞,那麼有趣的顏色和
09:51
interesting有趣 behaviors行為, and they're very easy簡單
270
576000
2000
有趣的行為,它們都可以很容易
09:53
to make, and they have interesting有趣 lifelike逼真
271
578000
2000
的製造出,而且它們擁有像生命行為
09:55
properties性能, perhaps也許 these protocells原始細胞 have
272
580000
3000
的有趣特性,也許這些原生細胞可以
09:58
something to tell us about the origin起源 of life
273
583000
2000
告訴我們在有關地球上生命
10:00
on the Earth地球. Perhaps也許 these represent代表 an
274
585000
2000
的起源,也許這展示一個
10:02
easily容易 accessible無障礙 step, one of the first steps腳步
275
587000
2000
較容易的一個步驟,第一步邁向
10:04
by which哪一個 life got started開始 on the early Earth地球.
276
589000
3000
地球的生命是如何開始的。
10:07
Certainly當然, there were molecules分子 present當下 on
277
592000
2000
肯定的是,這些是早期在地球上
10:09
the early Earth地球, but they wouldn't不會 have been
278
594000
2000
存在的分子,但是它們沒有像
10:11
these pure compounds化合物 that we worked工作 with
279
596000
2000
這些純化合物,這些我們在實驗室
10:13
in the lab實驗室 and I showed顯示 in these experiments實驗.
280
598000
2000
所做出來的,剛給各位看的實驗。
10:15
Rather, they'd他們會 be a real真實 complex複雜 mixture混合物 of
281
600000
2000
而它們是真正複雜的
10:17
all kinds of stuff東東, because
282
602000
2000
各類混合物,因為
10:19
uncontrolled不受控制 chemical化學 reactions反應 produce生產
283
604000
2000
無法控制的化學反應產生
10:21
a diverse多種 mixture混合物 of organic有機 compounds化合物.
284
606000
2000
不同的有機化合物的混合物。
10:23
Think of it like a primordial原始 ooze, okay?
285
608000
3000
想像它是一個原始軟泥,好嗎?
10:26
And it's a pool that's too difficult to fully充分
286
611000
2000
這是一個池塘,太難以充分表現,
10:28
characterize表徵, even by modern現代 methods方法, and
287
613000
2000
即使用現代的方法,
10:30
the product產品 looks容貌 brown棕色, like this tar柏油 here
288
615000
2000
這個看起來棕色,像是焦油
10:32
on the left. A pure compound複合
289
617000
2000
在左邊。一個純化合物
10:34
is shown顯示 on the right, for contrast對比.
290
619000
2000
在右邊,做個對比。
10:36
So this is similar類似 to what happens發生 when you
291
621000
2000
這個情形就好像當你
10:38
take pure sugar crystals晶體 in your kitchen廚房,
292
623000
2000
在廚房使用純糖晶體,
10:40
you put them in a pan, and you apply應用 energy能源.
293
625000
2000
你放在鍋子裡,然後給他們能量。
10:42
You turn up the heat, you start開始 making製造
294
627000
2000
你把他們加熱,你開始製造
10:44
or breaking破壞 chemical化學 bonds債券 in the sugar,
295
629000
2000
或斷掉糖裡的化學鍵,
10:46
forming成型 a brownish呈褐色的 caramel焦糖, right?
296
631000
2000
形成了褐色的焦糖,對嗎?
10:48
If you let that go unregulated不受管制, you'll你會
297
633000
2000
假如你管制的放任它們,你會
10:50
continue繼續 to make and break打破 chemical化學 bonds債券,
298
635000
2000
繼續製造和斷掉化學鍵,
10:52
forming成型 an even more diverse多種 mixture混合物 of
299
637000
2000
形成多樣化的混合物
10:54
molecules分子 that then forms形式 this kind of black黑色
300
639000
2000
分子,最後形成這種黑色的
10:56
tarry耽擱 stuff東東 in your pan, right, that's
301
641000
2000
柏油樣的東西在鍋底,對嗎?這是
10:58
difficult to wash out. So that's what
302
643000
2000
非常難以清洗的,這也許是
11:00
the origin起源 of life would have looked看著 like.
303
645000
2000
生命開始時所呈現的樣子。
11:02
You needed需要 to get life out of this junk破爛 that
304
647000
2000
4億,4億5千萬年前,
11:04
is present當下 on the early Earth地球,
305
649000
2000
在早期的地球, 你需要從
11:06
four, 4.5 billion十億 years年份 ago.
306
651000
2000
這樣的垃圾中淬取出生命。
11:08
So the challenge挑戰 then is,
307
653000
2000
所以,這個挑戰是,
11:10
throw away all your pure chemicals化學製品 in the lab實驗室,
308
655000
2000
要把你在實驗室裡的純化合物丟開,
11:12
and try to make some protocells原始細胞 with lifelike逼真
309
657000
2000
試著從這種原始軟泥,製造出
11:14
properties性能 from this kind of primordial原始 ooze.
310
659000
3000
類似生命特性的原生細胞。
11:17
So we're able能夠 to then see the self-assembly自組裝
311
662000
2000
我們可以看到這些油滴
11:19
of these oil droplet水滴 bodies身體 again
312
664000
2000
再次的自我組合,
11:21
that we've我們已經 seen看到 previously先前,
313
666000
2000
像先前所看到的,
11:23
and the black黑色 spots斑點 inside of there
314
668000
2000
其中這個黑色的
11:25
represent代表 this kind of black黑色 tar柏油 -- this diverse多種,
315
670000
2000
代表這種黑色焦油,這個多元
11:27
very complex複雜, organic有機 black黑色 tar柏油.
316
672000
2000
複雜的有機黑色焦油。
11:29
And we put them into one of these
317
674000
2000
我們將它放入其中的一個
11:31
experiments實驗, as you've seen看到 earlier, and then
318
676000
2000
實驗中,像之前看到的,然後
11:33
we watch lively活潑 movement運動 that comes out.
319
678000
2000
我們看到它活潑的移動它
11:35
They look really good, very nice不錯 movement運動,
320
680000
2000
它們看起來很好,非常好的運動,
11:37
and also they appear出現 to have some kind of
321
682000
2000
它們也呈現出某種行為,
11:39
behavior行為 where they kind of circle
322
684000
2000
他們互相繞圈圈,
11:41
around each other and follow跟隨 each other,
323
686000
3000
而且跟著其他的繞
11:44
similar類似 to what we've我們已經 seen看到 before -- but again,
324
689000
2000
和我們前面看到的很像,但是
11:46
working加工 with just primordial原始 conditions條件,
325
691000
2000
這是在原始的條件下,
11:48
no pure chemicals化學製品.
326
693000
2000
不是純化合物。
11:50
These are also, these tar-fueled焦油燃料 protocells原始細胞,
327
695000
2000
這是焦油原生細胞,也是
11:52
are also able能夠 to locate定位 resources資源
328
697000
2000
可以在它們的環境
11:54
in their environment環境.
329
699000
1000
中找到資源。
11:55
I'm going to add some resource資源 from the left,
330
700000
2000
我想從左邊加入一些資源
11:57
here, that defuses拆雷 into the system系統,
331
702000
2000
擴散到這個系統裡,
11:59
and you can see, they really like that.
332
704000
2000
你可以看到,它們非常喜歡。
12:01
They become成為 very energetic有活力, and able能夠
333
706000
2000
它們變得有活力,而且
12:03
to find the resource資源 in the environment環境,
334
708000
2000
能夠在這個環境中找到資源,
12:05
similar類似 to what we saw before.
335
710000
2000
像我們之前所看到的那樣。
12:07
But again, these are doneDONE in these primordial原始
336
712000
2000
但是,它們是在原始的條件下,
12:09
conditions條件, really messy conditions條件,
337
714000
2000
真正很差的環境下,
12:11
not sort分類 of sterile無菌 laboratory實驗室 conditions條件.
338
716000
2000
不是在那種無菌的實驗室裡。
12:13
These are very dirty little protocells原始細胞,
339
718000
2000
它們是事實上是骯髒的
12:15
as a matter of fact事實. (Laughter笑聲)
340
720000
2000
小原生細胞。 (笑聲)
12:17
But they have lifelike逼真 properties性能, is the point.
341
722000
3000
但重點是,它們有生命類的特性。
12:20
So, doing these artificial人造 life experiments實驗
342
725000
3000
所以,做這些人工生命的實驗
12:23
helps幫助 us define確定 a potential潛在 path路徑 between之間
343
728000
3000
幫助我們定義介於生命與
12:26
non-living非活 and living活的 systems系統.
344
731000
3000
非生命的一條路,
12:29
And not only that, but it helps幫助 us
345
734000
2000
不只是這樣,它還幫助我們
12:31
broaden擴大 our view視圖 of what life is
346
736000
2000
開拓我們對生命的視野,
12:33
and what possible可能 life there could be
347
738000
2000
還有外太空生命
12:35
out there -- life that could be very different不同
348
740000
2000
的可能性 -- 生命也許和我們在
12:37
from life that we find here on Earth地球.
349
742000
3000
地球上發現的生命很不一樣。
12:40
And that leads引線 me to the next下一個
350
745000
2000
這引發了我下一期
12:42
term術語, which哪一個 is "weird奇怪的 life."
351
747000
2000
「奇特的生命」。
12:44
This is a term術語 by Steve史蒂夫 Benner本納.
352
749000
3000
這一期由史帝夫班納主導。
12:47
This is used in reference參考 to a report報告
353
752000
2000
這是在 2007 年的報告,
12:49
in 2007 by the National國民 Research研究 Council評議會
354
754000
2000
美國國家研究
12:51
in the United聯合的 States狀態, wherein其中,
355
756000
2000
理事會被引用,
12:53
they tried試著 to understand理解 how we can
356
758000
2000
他們試著了解,為什麼我們
12:55
look for life elsewhere別處 in the universe宇宙, okay,
357
760000
2000
可以在太空中尋找生命,
12:57
especially特別 if that life is very different不同 from life
358
762000
2000
尤其是對地球而言是非常不同的
12:59
on Earth地球. If we went to another另一個 planet行星 and
359
764000
3000
生命型態。假如我們去我們認為在那裡
13:02
we thought there might威力 be life there,
360
767000
2000
或許有生命的不同星球,
13:04
how could we even recognize認識 it as life?
361
769000
2000
我們是如何判定它是有生命的呢?
13:06
Well, they came來了 up with three very general一般
362
771000
2000
他們想出三種判定的標準,
13:08
criteria標準. First is -- and they're listed上市 here.
363
773000
2000
這是他們列出來的。
13:10
The first is, the system系統 has to be in
364
775000
2000
第一,這個系統必須是
13:12
non-equilibrium非平衡. That means手段 the system系統
365
777000
2000
非平衡的。 意思是
13:14
cannot不能 be dead, in a matter of fact事實.
366
779000
1000
事實上,不是已死掉。
13:15
Basically基本上 what that means手段 is, you have
367
780000
2000
基本上,意思是它是有
13:17
an input輸入 of energy能源 into the system系統 that life
368
782000
2000
一個能量,輸入到這個系統,
13:19
can use and exploit利用 to maintain保持 itself本身.
369
784000
3000
這個生命可以使用且被利用來維持自身。
13:22
This is similar類似 to having the Sun太陽 shining閃亮的
370
787000
2000
這就好像是有個太陽在地球
13:24
on the Earth地球, driving主動 photosynthesis光合作用,
371
789000
2000
上照亮,來行使光合作用
13:26
driving主動 the ecosystem生態系統.
372
791000
2000
驅動生態系統。
13:28
Without沒有 the Sun太陽, there's likely容易 to be
373
793000
2000
沒有太陽,就沒有
13:30
no life on this planet行星.
374
795000
2000
生命在這個星球上。
13:32
Secondly其次, life needs需求 to be in liquid液體 form形成,
375
797000
2000
第二,生命需是液態狀的,
13:34
so that means手段 even if we had some
376
799000
2000
這個表示假如我們有
13:36
interesting有趣 structures結構, interesting有趣 molecules分子
377
801000
2000
一些有趣的結構,有趣的分子
13:38
together一起 but they were frozen凍結的 solid固體,
378
803000
2000
結合在一起,但它們是凍成固態的,
13:40
then this is not a good place地點 for life.
379
805000
2000
這不是一個適合生命的地方。
13:42
And thirdly第三, we need to be able能夠 to make
380
807000
2000
第三,我們需要可以製造
13:44
and break打破 chemical化學 bonds債券. And again
381
809000
2000
和切斷化學鍵。而且
13:46
this is important重要 because life transforms變換
382
811000
2000
這是非常重要的,因為生命
13:48
resources資源 from the environment環境 into
383
813000
2000
從環境中的資源轉換到
13:50
building建造 blocks so it can maintain保持 itself本身.
384
815000
2000
建構的機體,以至它可以維持下去。
13:52
Now today今天, I told you about very strange奇怪
385
817000
2000
現在,我所說的這個非常奇特
13:54
and weird奇怪的 protocells原始細胞 -- some that contain包含 clay粘土,
386
819000
2000
且怪異的原生細胞,有一些包含了粘土,
13:56
some that have primordial原始 ooze in them,
387
821000
3000
有一些當中有原始的軟泥,
13:59
some that have basically基本上 oil
388
824000
2000
在它們裡面有一些有基本的油,
14:01
instead代替 of water inside of them.
389
826000
2000
而不是水。
14:03
Most of these don't contain包含 DNA脫氧核糖核酸,
390
828000
2000
它們大部分都沒有 DNA,
14:05
but yet然而 they have lifelike逼真 properties性能.
391
830000
2000
但是它們有類似生命的特性。
14:07
But these protocells原始細胞 satisfy滿足
392
832000
3000
這些原生細胞符合
14:10
these general一般 requirements要求 of living活的 systems系統.
393
835000
3000
這些生命系統的一般要素。
14:13
So by making製造 these chemical化學, artificial人造
394
838000
2000
藉著製造這些化學,人工的
14:15
life experiments實驗, we hope希望 not only
395
840000
2000
生命經驗,我們希望不只是
14:17
to understand理解 something fundamental基本的
396
842000
2000
了解關於生命起源的
14:19
about the origin起源 of life and the existence存在
397
844000
2000
基本原理和這個星球
14:21
of life on this planet行星, but also
398
846000
2000
上的生命,同時
14:23
what possible可能 life there could be
399
848000
2000
生命也可能離開這裡
14:25
out there in the universe宇宙. Thank you.
400
850000
3000
去到宇宙,謝謝。
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(Applause掌聲)
401
853000
4000
(掌聲)
Translated by Kevin Hung
Reviewed by Ana Choi

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ABOUT THE SPEAKER
Martin Hanczyc - Chemist
Martin Hanczyc explores the path between living and nonliving systems, using chemical droplets to study behavior of the earliest cells.

Why you should listen

Martin Hanczyc is developing novel synthetic chemical systems based on the properties of living systems, in a quest to understand how life forms. These synthetic systems, or "protocells," are model systems of primitive living cells and chemical examples of artificial life. As Rachel Armstrong puts it: "Although the protocell model system is just a chemically modified oil droplet, its dynamics are astonishingly varied and complex."

He's based at the Institute of Physics and Chemistry and the Center for Fundamental Living Technology (FLinT) in Denmark. He is also an Honorary Senior Lecturer at the Bartlett School of Architecture, University College London.

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