Hvordan syntetiske organismer kunne terrænforme jorden

Den ubønhørlige stigning i kuldioxidniveauerne i atmosfæren og den konstante stigning i globale temperaturer rejser den skræmmende udsigt til betydelige ændringer i Jordens klima. Faktisk synes beviserne klare, at vores klima ændrer sig hurtigt.

Så videnskabsmænd og politikere verden over leder efter måder at stoppe eller vende disse ændringer, en opgave, der er fyldt med vanskeligheder i en verden, der er afhængig af fossile brændstoffer. En mulighed, der i stigende grad diskuteres, er terraforming - bevidst at ændre miljøet på en måde, der afkøler planeten, måske ved at absorbere kuldioxid eller reflektere sollys

For at have en effekt, skal den slags planændringer have en global rækkevidde, kræve ingeniørprojekter af hidtil ufattelig skala. Det har fået bioingeniører til at tænke, at der måske er en alternativ mulighed.

I stedet for at skabe globale ingeniørprojekter, hvorfor så ikke skabe livsformer, der udfører et lignende job i stedet. Den store fordel ved denne tilgang er, at organismer vokser naturligt og kan spredes over enorme områder af planeten ved hjælp af livets almindelige mekanismer. Processen med at terraforme landskabet ville således ske med minimalt menneskeligt input. Hvad kunne gå galt?

Masser. Den store frygt er, at disse tilgange kan få uventede og utilsigtede konsekvenser for planeten. Et mareridtsscenarie er, at organismerne utilsigtet kan udløse feedbackmekanismer, der fremskynder den globale opvarmning i stedet for at afbøde den. Så et vigtigt spørgsmål er, hvordan man forhindrer dette scenarie.

I dag får vi nogle svar takket være arbejdet fra Ricard Sole og venner på ICREA-Complex Systems Lab i Barcelona, ​​Spanien. Disse fyre udforsker forskellige måder at skabe syntetiske organismer på, der gør det næsten umuligt at udløse utilsigtede feedback-loops, der skader planeten.

De begynder med at påpege, at et særligt problem er muligheden for eksplosiv vækst af populationer af syntetiske organismer, når de introduceres eller deres spredning til et bestemt miljø. En måde at forhindre uønsket eksplosiv vækst på er at bruge en modificeret version af en eksisterende organisme, der udviser et strengt forhold til en anden art, der er knyttet til målhabitatet, siger de.

Så væksten af ​​en population af organismer afhænger af populationsdynamikken i en anden. Nylige eksperimentelle undersøgelser indikerer, at en sådan designet gensidig forbindelse kan skabes ved kunstigt at fremtvinge en stærk metabolisk afhængighed og også ved hjælp af genteknologi, siger de.

Sole og co bruger lidt tid på at udforske denne idé. De påpeger, at denne indbyrdes afhængighed kræver en dobbelt positiv feedback, hvor den syntetiske art drager fordel af og drager fordel af dens vært. Dette scenarie er knyttet til de symbiotiske forhold, der karakteriserer flere typer naturlige associationer, såsom nitrogenfikserende bakterier, der lever i planterodknuder, hævder de.

Der er også mindre direkte former for gensidig afhængighed. Samarbejde kan også opstå, når en art ændrer det eksisterende miljø på en måde, der tillader en partnerart at trives og skabe flere vækstmuligheder for den første.

For eksempel kan det være muligt at konstruere en mikrobe til at frigive en form for protein, der er i stand til at forbedre vandretention. Andre organismer såsom planter kan så gøre brug af dette tilbageholdte vand.

Der er en anden måde at påvirke befolkningstilvæksten på: ved at begrænse fødevareforsyningen. Sole og co foreslår at genmodificere organismer, så de kun kan fodre på menneskeligt affald, såsom affald eller spildevand. Uden for dette miljø dør de simpelthen ud.

En god kandidat kunne være plastikaffald i havet, som er kendt for at være koloniseret af mange forskellige arter, herunder flere mikrobielle slægter, såsom Vibrio, siger Sole og co. De påpeger, at på trods af den hurtige stigning i plastaffald, der dumpes i havet, er den observerede mængde meget mindre end forventet. [Dette tyder på] (blandt andre muligheder), at nogle mikrobielle arter, der er i stand til at binde sig til plastpolymerer, også nedbryder dem, siger de.

Det er en interessant idé. Hvis vi aktivt vil ændre miljøet for at tackle problemer som global opvarmning, giver det mening at bruge det vækst- og koloniseringspotentiale, som livet tilbyder. Det er helt sikkert nemmere end at konstruere en struktur af en slags for at påvirke planeten på globalt plan.

Men det er også en kontroversiel idé. Sole og co siger, at den indbyrdes afhængighed, der er indbygget i disse modeller, forhindrer løbsk vækst eller feedback-loops, fordi det skal ske for begge arter på samme tid, og det er højst usandsynligt.

Men det er på ingen måde umuligt. Og der er også evolution at kæmpe med. Selvom de syntetiske organismer, der frigives i naturen, kan være sikre, er deres forfædre muligvis ikke det et par millioner generationer senere.

Sole og co søger at dæmpe denne frygt ved at påpege, at mennesker allerede har ændret Jorden. På trods af den lange, vedvarende og dybtgående menneskeskabte indvirkning på mange af disse nye økosystemer, kan de vise en rigdom og modstandsdygtighed, der minder os om naturens potentiale til at rekonstruere sig selv, siger de. På den anden side viser de også, hvor ihærdige livsformer kan være, og hvor svært det er at vende disse ændringer, når de først er sket.

At frigive syntetiske livsformer med det specifikke mål at terraformere Jorden kan en dag være en presserende nødvendighed. Hvis og når den dag kommer, så lad os håbe, at vi vil være glade for den forskning, der har karakteriseret, hvordan denne terraforming vil opstå.

Ref: arxiv.org/abs/1503.05043 : Syntetiske kredsløbsdesign til jordterraformation

skjule