Jak organizmy syntetyczne mogą terraformować Ziemię

Nieubłagany wzrost poziomu dwutlenku węgla w atmosferze i stały wzrost globalnych temperatur stwarzają przerażającą perspektywę znaczących zmian w ziemskim klimacie. Rzeczywiście, dowody wydają się jasne, że nasz klimat szybko się zmienia.

Dlatego naukowcy i politycy na całym świecie szukają sposobów na zatrzymanie lub odwrócenie tych zmian, co jest trudne w świecie uzależnionym od paliw kopalnych. Jedną z coraz częściej dyskutowanych opcji jest terraformowanie — celowa zmiana środowiska w sposób, który chłodzi planetę, być może poprzez pochłanianie dwutlenku węgla lub odbijanie światła słonecznego

Aby mieć wpływ, tego rodzaju zmiany planów muszą mieć zasięg globalny, wymagają projektów inżynieryjnych o niewyobrażalnej wcześniej skali. To sprawiło, że bioinżynierowie myślą, że może istnieć alternatywna opcja.

Zamiast tworzyć globalne projekty inżynieryjne, dlaczego nie tworzyć form życia, które wykonują podobną pracę. Dużą zaletą tego podejścia jest to, że organizmy rosną naturalnie i mogą rozprzestrzeniać się na ogromne obszary planety dzięki zwykłym mechanizmom życia. W ten sposób proces terraformowania krajobrazu odbywałby się przy minimalnym udziale człowieka. Co może pójść nie tak?

Mnóstwo. Wielka obawa polega na tym, że takie podejście może mieć nieoczekiwane i niezamierzone konsekwencje dla planety. Jednym z koszmarnych scenariuszy jest to, że organizmy mogą nieumyślnie uruchomić mechanizmy sprzężenia zwrotnego, które przyspieszają globalne ocieplenie, zamiast je łagodzić. Tak więc ważnym pytaniem jest, jak zapobiec temu scenariuszowi.

Dzisiaj otrzymujemy kilka odpowiedzi dzięki pracy Ricarda Sole i kumpli z ICREA-Complex Systems Lab w Barcelonie, Hiszpania. Ci faceci badają różne sposoby tworzenia syntetycznych organizmów, które sprawiają, że prawie niemożliwe jest wywołanie niezamierzonych pętli sprzężenia zwrotnego, które szkodzą planecie.

Rozpoczynają od zwrócenia uwagi, że szczególnym problemem jest możliwość gwałtownego wzrostu populacji organizmów syntetycznych w przypadku ich wprowadzenia lub rozprzestrzenienia się w określonym środowisku. Mówią, że jednym ze sposobów zapobiegania niepożądanemu gwałtownemu wzrostowi jest użycie zmodyfikowanej wersji istniejącego organizmu, który wykazuje ścisły związek z innym gatunkiem powiązanym z docelowym siedliskiem.

Tak więc wzrost jednej populacji organizmów zależy od dynamiki populacji innej. Ostatnie badania eksperymentalne wskazują, że tak zaprojektowane wzajemne powiązanie można stworzyć sztucznie wymuszając silne uzależnienie metaboliczne, a także za pomocą inżynierii genetycznej.

Sole i co spędzają trochę czasu na odkrywaniu tego pomysłu. Wskazują, że ta współzależność wymaga podwójnego pozytywnego sprzężenia zwrotnego tam, gdzie gatunek syntetyczny czerpie korzyści z jego żywiciela. Scenariusz ten jest powiązany z zależnościami symbiotycznymi, które charakteryzują kilka rodzajów naturalnych asocjacji, takich jak bakterie wiążące azot żyjące w brodawkach korzeni roślin.

Istnieją również mniej bezpośrednie formy współzależności. Współpraca może również zaistnieć, gdy jeden gatunek modyfikuje istniejące środowisko w sposób, który pozwala gatunkom partnerskim rozwijać się i stwarzać większe możliwości wzrostu dla pierwszego.

Na przykład może być możliwe zaprojektowanie drobnoustroju, aby uwolnił pewnego rodzaju białko zdolne do zwiększenia retencji wody. Inne organizmy, takie jak rośliny, mogą następnie wykorzystać tę zatrzymaną wodę.

Istnieje inny sposób wpływania na wzrost populacji: ograniczanie podaży żywności. Sole i co sugerują modyfikowanie genetycznie organizmów, aby mogły żywić się tylko ludzkimi odchodami, takimi jak śmieci lub ścieki. Poza tym środowiskiem po prostu wymierają.

Dobrym kandydatem mogą być plastikowe śmieci w oceanie, o których wiadomo, że są skolonizowane przez wiele różnych gatunków, w tym kilka rodzajów drobnoustrojów, takich jak Vibrio, powiedzmy Sole i spółka. Wskazują, że pomimo gwałtownego wzrostu ilości odpadów z tworzyw sztucznych wyrzucanych do oceanów, obserwowana ilość jest znacznie mniejsza niż oczekiwano. [To sugeruje] (między innymi), że niektóre gatunki drobnoustrojów zdolne do przyczepiania się do polimerów z tworzyw sztucznych również je degradują.

To ciekawy pomysł. Jeśli zamierzamy aktywnie modyfikować środowisko, aby rozwiązywać problemy, takie jak globalne ocieplenie, sensowne jest wykorzystanie potencjału wzrostu i kolonizacji, który oferuje życie. To z pewnością łatwiejsze niż skonstruowanie jakiejś struktury, która wpłynie na planetę w skali globalnej.

Ale to też kontrowersyjny pomysł. Sole i wsp. twierdzą, że współzależność wbudowana w te modele zapobiega niekontrolowanemu wzrostowi lub pętlom sprzężenia zwrotnego, ponieważ musi to przydarzyć się obu gatunkom w tym samym czasie, a to jest wysoce nieprawdopodobne.

Ale w żadnym wypadku nie jest to niemożliwe. Trzeba też zmierzyć się z ewolucją. Chociaż syntetyczne organizmy wypuszczane na wolność mogą być bezpieczne, kilka milionów pokoleń później, ich przodkowie mogą nie być.

Sole i spółka starają się stłumić te obawy, wskazując, że ludzie już zmienili Ziemię. Twierdzą, że pomimo długiego, trwałego i głębokiego wpływu antropogenicznego na wiele z tych nowatorskich ekosystemów, mogą one wykazywać bogactwo i odporność, które przypominają nam potencjał natury do odbudowy samej siebie. Z drugiej strony pokazują również, jak wytrwałe mogą być formy życia i jak trudno jest odwrócić te zmiany, gdy już zaistnieją.

Uwolnienie syntetycznych form życia z konkretnym celem terraformacji Ziemi może pewnego dnia stać się pilną koniecznością. Jeśli i kiedy nadejdzie ten dzień, miejmy nadzieję, że będziemy zadowoleni z badań, które scharakteryzowały, jak będzie przebiegać terraformowanie.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1503.05043 : Projekty obwodów syntetycznych do Terraformacji Ziemi

ukryć