Hur syntetiska organismer kunde terraforma jorden

Den obönhörliga ökningen av koldioxidnivåerna i atmosfären och den stadiga ökningen av globala temperaturer höjer de skrämmande utsikterna för betydande förändringar i jordens klimat. Faktum är att bevisen verkar klara att vårt klimat förändras snabbt.

Så forskare och politiker världen över letar efter sätt att stoppa eller vända dessa förändringar, en uppgift som är fylld av svårigheter i en värld som är fast på fossila bränslen. Ett alternativ som diskuteras alltmer är terraforming – att medvetet förändra miljön på ett sätt som kyler planeten, kanske genom att absorbera koldioxid eller reflektera solljus

För att få genomslag måste den här typen av planförändringar ha en global räckvidd kräver ingenjörsprojekt av tidigare ofattbar skala. Det får bioingenjörer att tänka att det kan finnas ett alternativ.

Istället för att skapa globala ingenjörsprojekt, varför inte skapa livsformer som gör ett liknande jobb istället. Den stora fördelen med detta tillvägagångssätt är att organismer växer naturligt och kan spridas över stora delar av planeten genom livets vanliga mekanismer. Processen att terraforma landskapet skulle således ske med minimal mänsklig insats. Vad kan gå fel?

Massor. Den stora rädslan är att dessa tillvägagångssätt kan få oväntade och oavsiktliga konsekvenser för planeten. Ett mardrömsscenario är att organismerna oavsiktligt kan utlösa återkopplingsmekanismer som påskyndar den globala uppvärmningen snarare än att mildra den. Så en viktig fråga är hur man kan förhindra detta scenario.

Idag får vi några svar tack vare arbetet från Ricard Sole och kompisar på ICREA-Complex Systems Lab i Barcelona, ​​Spanien. Dessa killar utforskar olika sätt att skapa syntetiska organismer som gör det nästan omöjligt att utlösa oavsiktliga återkopplingsslingor som skadar planeten.

De börjar med att påpeka att ett särskilt problem är möjligheten till explosiv tillväxt av populationer av syntetiska organismer när de introduceras eller deras spridning till en viss miljö. Ett sätt att förhindra oönskad explosiv tillväxt är att använda en modifierad version av en bevarad organism som uppvisar en strikt relation med en annan art som är associerad med målhabitatet, säger de.

Så tillväxten av en population av organismer beror på populationsdynamiken hos en annan. Nyligen genomförda experimentella studier tyder på att en sådan designad mutualistisk koppling kan skapas genom att artificiellt tvinga fram ett starkt metabolt beroende och även med hjälp av genteknik, säger de.

Sole och co spenderar lite tid på att utforska denna idé. De påpekar att detta ömsesidiga beroende kräver en dubbel positiv feedback där den syntetiska arten gynnas, och gynnas av, dess värd. Detta scenario är knutet till de symbiotiska relationerna som kännetecknar flera typer av naturliga associationer, såsom kvävefixerande bakterier som lever i växtrotknölar, hävdar de.

Det finns också mindre direkta former av ömsesidigt beroende. Samarbete kan också uppstå när en art modifierar den befintliga miljön på ett sätt som gör att en partnerart kan frodas och skapa fler tillväxtmöjligheter för den första.

Det kan till exempel vara möjligt att konstruera en mikrob för att frigöra något slags protein som kan förbättra vattenretention. Andra organismer som växter kan då använda sig av detta kvarhållna vatten.

Det finns ett annat sätt att påverka befolkningstillväxten: genom att begränsa mattillgången. Sole och co föreslår att genetiskt modifiera organismer så att de bara kan livnära sig på mänskligt avfall, som sopor eller avloppsvatten. Utanför den här miljön dör de helt enkelt ut.

En bra kandidat kan vara plastskräp i havet som är känt för att koloniseras av många olika arter, inklusive flera mikrobiella släkten, såsom Vibrio, säger Sole och co. De påpekar att trots den snabba ökningen av plastavfall som dumpas i havet är mängden som observerats mycket mindre än förväntat. [Detta antyder] (bland andra möjligheter) att vissa mikrobiella arter som kan fästa på plastpolymerer också försämrar dem, säger de.

Det är en intressant idé. Om vi ​​aktivt ska modifiera miljön för att ta itu med problem som global uppvärmning, är det vettigt att använda den tillväxt och koloniseringspotential som livet erbjuder. Det är säkert lättare än att konstruera en struktur av något slag för att påverka planeten på global skala.

Men det är också en kontroversiell idé. Sole och co säger att det ömsesidiga beroendet som är inbyggt i dessa modeller förhindrar skenande tillväxt eller återkopplingsslingor eftersom det måste hända båda arterna samtidigt och det är högst osannolikt.

Men det är inte på något sätt omöjligt. Och det finns evolution att brottas med också. Även om de syntetiska organismer som släpps ut i naturen kan vara säkra, kanske inte deras förfäder några miljoner generationer längre fram.

Sole och co försöker dämpa dessa rädslor genom att påpeka att människor redan har förändrat jorden. Trots den långa, ihållande och djupgående antropogena inverkan på många av dessa nya ekosystem kan de visa en rikedom och motståndskraft som påminner oss om naturens potential att rekonstruera sig själv, säger de. Å andra sidan visar de också hur seglivade livsformer kan vara och hur svårt det är att vända dessa förändringar när de väl har inträffat.

Att släppa syntetiska livsformer med det specifika målet att terraforma jorden kan en dag bli en akut nödvändighet. Om och när den dagen kommer, låt oss hoppas att vi kommer att vara glada över forskningen som har kännetecknat hur denna terraformning kommer att ske.

Ref: arxiv.org/abs/1503.05043 : Syntetiska kretsdesigner för jordterraformation

Dölj