Hoe synthetische organismen de aarde kunnen vormen

De onverbiddelijke stijging van het kooldioxidegehalte in de atmosfeer en de gestage stijging van de mondiale temperatuur verhogen het angstaanjagende vooruitzicht van een significante verandering in het klimaat op aarde. Het bewijs lijkt inderdaad duidelijk dat ons klimaat snel verandert.

Dus wetenschappers en politici over de hele wereld zoeken naar manieren om deze veranderingen een halt toe te roepen of ongedaan te maken, een taak die vol moeilijkheden zit in een wereld die verslaafd is aan fossiele brandstoffen. Een optie die steeds vaker wordt besproken, is terraforming - het opzettelijk veranderen van de omgeving op een manier die de planeet afkoelt, bijvoorbeeld door koolstofdioxide te absorberen of zonlicht te weerkaatsen

Om impact te hebben, moeten dit soort plannenwijzigingen een wereldwijd bereik hebben en vereisen engineeringprojecten van een voorheen onvoorstelbare schaal. Dat zet bio-ingenieurs aan het denken dat er misschien een alternatieve optie is.

In plaats van wereldwijde technische projecten te creëren, waarom zou u dan geen levensvormen creëren die in plaats daarvan een soortgelijk werk doen. Het grote voordeel van deze benadering is dat organismen op natuurlijke wijze groeien en zich via de gewone mechanismen van het leven over enorme delen van de planeet kunnen verspreiden. Het proces van terravorming van het landschap zou dus plaatsvinden met minimale menselijke inbreng. Wat zou er mis kunnen gaan?

Veel. De grote angst is dat deze aanpak onverwachte en onbedoelde gevolgen kan hebben voor de planeet. Een nachtmerriescenario is dat de organismen onbedoeld feedbackmechanismen kunnen activeren die de opwarming van de aarde versnellen in plaats van te verminderen. Een belangrijke vraag is dus hoe dit scenario te voorkomen.

Vandaag krijgen we enkele antwoorden dankzij het werk van Ricard Sole en vrienden van het ICREA-Complex Systems Lab in Barcelona, ​​Spanje. Deze jongens onderzoeken verschillende manieren om synthetische organismen te creëren die het bijna onmogelijk maken om onbedoelde feedbackloops te veroorzaken die de planeet schaden.

Ze beginnen met erop te wijzen dat een bepaald probleem de mogelijkheid is van explosieve groei van populaties van synthetische organismen wanneer ze worden geïntroduceerd of hun verspreiding naar een bepaalde omgeving. Een manier om ongewenste explosieve groei te voorkomen, is door een aangepaste versie van een bestaand organisme te gebruiken dat een strikte relatie vertoont met een andere soort die verband houdt met de doelhabitat, zeggen ze.

Dus de groei van de ene populatie van organismen hangt af van de populatiedynamiek van een andere. Recente experimentele studies geven aan dat zo'n ontworpen mutualistische link kan worden gecreëerd door kunstmatig een sterke metabole afhankelijkheid te forceren en ook met behulp van genetische manipulatie, zeggen ze.

Sole en co besteden wat tijd aan het verkennen van dit idee. Ze wijzen erop dat deze onderlinge afhankelijkheid een dubbele positieve feedback vereist waarbij de synthetische soort profiteert, en profiteert van, zijn gastheer. Dit scenario is verbonden met de symbiotische relaties die kenmerkend zijn voor verschillende soorten natuurlijke associaties, zoals stikstofbindende bacteriën die in wortelknobbeltjes van planten leven, beweren ze.

Er zijn ook minder directe vormen van onderlinge afhankelijkheid. Samenwerking kan ook ontstaan ​​wanneer een soort de bestaande omgeving zodanig aanpast dat een partnersoort kan gedijen en meer groeimogelijkheden voor de eerste soort creëert.

Het kan bijvoorbeeld mogelijk zijn om een ​​microbe te manipuleren om een ​​soort eiwit af te geven dat in staat is om waterretentie te verbeteren. Andere organismen zoals planten kunnen dan gebruik maken van dit vastgehouden water.

Er is nog een andere manier om de bevolkingsgroei te beïnvloeden: door de voedselvoorziening te beperken. Sole en co stellen voor om organismen genetisch te modificeren, zodat ze zich alleen kunnen voeden met menselijk afval, zoals afval of rioolwater. Buiten deze omgeving sterven ze gewoon af.

Een goede kandidaat zou plastic afval in de oceaan kunnen zijn, waarvan bekend is dat het wordt gekoloniseerd door veel verschillende soorten, waaronder verschillende microbiële geslachten, zoals Vibrio, zeg Sole en co. Ze wijzen erop dat ondanks de snelle toename van plastic afval dat in de oceaan wordt gedumpt, de waargenomen hoeveelheid veel minder is dan verwacht. [Dit suggereert] (naast andere mogelijkheden) dat sommige microbiële soorten die zich aan plastic polymeren kunnen hechten, ze ook afbreken, zeggen ze.

Dat is een interessant idee. Als we de omgeving actief gaan aanpassen om problemen zoals de opwarming van de aarde aan te pakken, is het logisch om gebruik te maken van het groei- en kolonisatiepotentieel dat het leven biedt. Dat is zeker gemakkelijker dan een of andere structuur te ontwerpen om de planeet op wereldschaal te beïnvloeden.

Maar het is ook een controversieel idee. Sole en co zeggen dat de onderlinge afhankelijkheid die in deze modellen is ingebouwd, op hol geslagen groei of feedbackloops voorkomt, omdat het beide soorten tegelijkertijd moet overkomen en dat is hoogst onwaarschijnlijk.

Maar het is zeker niet onmogelijk. En er is ook evolutie om mee te kampen. Hoewel de synthetische organismen die in het wild worden vrijgelaten, misschien een paar miljoen generaties later veilig zijn, zijn hun voorouders dat misschien niet.

Sole en co proberen deze angsten te temperen door erop te wijzen dat mensen de aarde al hebben veranderd. Ondanks de langdurige, aanhoudende en diepgaande antropogene impact op veel van deze nieuwe ecosystemen, kunnen ze een rijkdom en veerkracht vertonen die ons herinnert aan het potentieel van de natuur om zichzelf te reconstrueren, zeggen ze. Aan de andere kant laten ze ook zien hoe hardnekkig levensvormen kunnen zijn en hoe moeilijk het is om deze veranderingen terug te draaien als ze eenmaal hebben plaatsgevonden.

Het vrijgeven van synthetische levensvormen met het specifieke doel om de aarde te terravormen, kan op een dag een dringende noodzaak zijn. Als en wanneer die dag komt, laten we hopen dat we blij zullen zijn met het onderzoek dat heeft gekenmerkt hoe deze terravorming zal plaatsvinden.

Referentie: arxiv.org/abs/1503.05043 : Synthetische circuitontwerpen voor aardeterravorming

zich verstoppen