Kunstige celler kan redde Venezia

Venezia synker i havet. Men forskere håper at et kunstig korallrev skapt av levende teknologi kan redde byen.

Publisert
Framtidsvisjon: Protoceller kan om 10-20 år skape et korallrev under husene i Venezia, noe som ville stoppe byen fra å synke lengre ned i fundamentet av leire. (Foto: Wikipedia)
Framtidsvisjon: Protoceller kan om 10-20 år skape et korallrev under husene i Venezia, noe som ville stoppe byen fra å synke lengre ned i fundamentet av leire. (Foto: Wikipedia)

Hva er protoceller?

Protoceller er en utrolig enkel organisme som ikke har DNA. De etterligner levende celler, men mangelen på DNA gjør at de ikke muterer.

Det gjør at de ikke kan tilpasse seg nye situasjoner enn det de er designet til.

De første protocellene ble utviklet for omkring 100 år siden, da man ville skape kunstig liv.

Ikke liv

For at en celle kan kalles levende, må den oppfylle følgende tre forutsetninger, ifølge forskerne bak prosjektet:

1. Den skal kunne bruke energi til å omdanne føde til byggesteiner

2. Den skal vokse og dele seg

3. Den skal utvikle nye egenskaper

Protocellene oppfyller bare de første kravene.

De har ikke DNA, og det gjør at de ikke muterer og utvikler seg.

– Siden cellen ikke muterer, fordi den ikke har DNA, kan vi enkelt styre den oppgaven som protocellene skal løse. Protocellene gjør bare det de er programmert til, forklarer Martin Hanczyc.

– Vi kommer også utenom etiske problemer, for de ikke faller inn under den klassiske forståelsen av hva liv er.

– Mangelen på DNA gjør også at vi kan avvise skeptikere som er redde for at protocellen skulle forville seg til et sted hvor vi ikke ønsker den. Det ville nemlig bety at den kan tilpasse seg, noe som ville kreve DNA, forklarer Hanczyc.

Såkalt levende byggematerialer kan om 10-20 år være med på å redde kulturperlen Venezia fra en våt grav. Det håper i hvert fall forskerne.

I gamle dager var vannet et genialt forsvar mot angripende hærer, men nå har den tidligere allierte vendt byen ryggen.

Byen synker langsomt i havet, men et samarbeid mellom kjemi og arkitektur kan stoppe den prosessen.

Protoceller

Såkalte protoceller kan programmeres til å danne kalkstein omkring byens fundament. De etterligner celler med DNA, men har ikke arvestoff. Derfor karakteriseres de som levende, men ikke i live.

Håpet er at slike celler skal kunne skape et kunstig korallrev som kan være et mye mer stabilt fundament enn den nåværende leirebunnen under byen.

Antallet kunstige koraller og størrelsen på dem blir avgjort av hvor mange protoceller man heller ut i kanalene.

Framtidsvisjon

Protocellene, som ligner amøber, vil være designet slik at de vil søke vekk fra lyset og inn i mørket ved fundamentene til husene.

Her vil de begynne å danne kalkstein, som raskt vil danne et kunstig korallrev.

– Fortellingen om Venezia er vår store framtidsvisjon. Det er et eksempel på hva vi ønsker å oppnå med forskningen vår, sier Martin Hanczyc, som er førsteamanuensis ved Avdeling for fysikk og kjemi ved Syddansk Universitet.

Ved Center for Fundamental Living Technology (FLinT) arbeider Hanczyc med å utvikle den levende teknologien som etter hvert kan brukes i Venezia.

(Maleri: Giovanni Antonio Canal (Canaletto))
(Maleri: Giovanni Antonio Canal (Canaletto))

Morgendagens arkitektur

Arkitekter er interessert i det nye, levende materialet. De ønsker å ha et materiale som interagerer med omverdenen.

– Motivasjonen for å arbeide med protoceller kommer fra det å bringe sammen folk som normalt ikke arbeider sammen. Det har vært veldig produktivt å samle de som utvikler nye byggematerialer og de som skal bruke dem, sier Hanczyc.

Inntil videre har gruppa holdt tre seminarer hvor de har samlet naturvitere og arkitekter.

Programmert med enkel kjemi

Protocellene er basert på kjemi, og kan programmeres med uorganisk kjemi.

De aller enkleste protocellene kan man lage av 3-5 kjemikalier, inkludert vann. Andre er mye mer kompliserte, og da blir det tilsvarende vanskelig å forutsi og kontrollere oppførsel og funksjonsmåte.

Én oppgave kan for eksempel være at protocellen skal søke vekk fra lys og inn mot mørke, mens en annen oppgave er å danne kalkstein.

– Vi håper at vi kan programmere protocellene til å gjøre det vi vil. Det vi gjør, er å tilsette kjemikalier som vi vet reagerer på en bestemt måte med andre kjemikalier.

– Dermed er det kjemien i cellene som avgjør hvordan de oppfører seg, og hvilke oppgaver de skal løse, forklarer Hanczyc.

Protoceller er enkle

(Foto: Wikimedia Commons)
(Foto: Wikimedia Commons)

Forskerne har i laboratoriet vist at de kan lage protoceller som kan danne kalkstein. De har også skapt protoceller som søker vekk fra lys.

Det blir imidlertid vanskelig når de forsøker å kombinere de forskjellige egenskapene til en enkelt protocelle.

– Det er mye vi vet hvordan vil virke. Men det skjer også ofte at vi bare må prøve oss fram. Dessuten er det stor forskjell på et laboratorium og den uforutsigbare virkelige verden. Det kan være at noen av protocellene blir spist av fisk, forteller Hanczyc.

Vil ha reproduksjon

Idéen om protocellene har vært i omløp de siste 100 årene. Helt siden man første gang prøvde å skape kunstig liv har det vært protoceller. Det er altså en lang historie som går forut for den nåværende forskningen.

På 1950-tallet utviklet man protoceller som hadde stoffskifte. De kunne ta opp næring og omdanne det til energi. I løpet av de siste 50 årene har teknologien utviklet seg, slik at forskerne lettere kan karakterisere protocellene og utvikle dem.

– Vi kjemper virkelig med å utvikle protoceller med flere funksjoner. Grunnleggende ting, som at protocellen skal kunne reprodusere seg selv. De protocellene som eksisterer i dag, har en levetid som varierer fra et par minutter til omkring to timer, forteller Hanczyc.

Celledesign

Protoceller kan designes på flere ulike måter. Man kan for eksempel legge til alt det cellen trenger for å utføre oppgaven sin. På den måten virker den som et batteri. Når ressursene er brukt opp, virker ikke protocellen lenger.

Man kan også lage protocellene slik at de selv kan finne energi og ressurser i det miljøet de blir satt ut i. Men det er mye lettere å bruke batterimodellen, siden protocellen slipper å skulle finne ressurser.

– Det er vanskelig å forutsi når de protocellene som kan brukes i Venezia, vil eksistere og være brukbare. Kanskje om 10-20 år. 

– Venezia synker svært langsomt, så vi rekker det nok. Men det er spekulasjoner.

– Samtidig er Venezia bare ett eksempel. Framtiden er å lage byggematerialer som autonomt vedlikeholder bygninger eller løser miljøproblemer, sier Hanczyc.

Video: Martin Hanczyc arbeider sammen med forskeren Rachel Armstrong på prosjektet i Venezia. Hør henne fortelle om prosjektet og andre bruksområder for den levende teknologien

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård og redigert av forskning.no

Referanse og lenker

Future Venice (nettsted om prosjektet)

Martin Hanczyc (Syddansk Universitet)