الحياة: صدفة أو قانون الفيزياء...?

فهم طبيعة الحياة هي واحدة من الأكثر صعوبة و إثارة للاهتمام من أجل الإنسانية. مع مرور الوقت, الغموض هو حتما ذهب إلى أبعد من مسألة ما إذا كان هناك حياة إلا على الأرض أو كانت في مكان آخر في الكون. هو ظهور الحياة في عشوائية و صدفة سعيدة ، أو أنه أمر طبيعي الكون ، مثل عالمي قوانين الفيزياء ؟

كان العلماء يحاولون الإجابة على هذه الأسئلة. واحد منهم هو جيريمي إنجلترا ، biophysicist في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. في عام 2013 ، قاد فرضية أن قوانين الفيزياء يمكن أن تصبح تؤدي التفاعلات الكيميائية, مواد بسيطة لتنظيم في مثل هذه الطريقة التي في نهاية المطاف حصلت "الحياة" الجودة.

نتائج عمل جديد إنجلترا وزملاؤه إلى أن الفيزياء هي بطبيعة الحال قادرة على خلق عمليات samovosproizvoditsya ردود الفعل التي هي واحدة من الخطوات الأولى لإنشاء "الحياة" من "غير حية". وبعبارة أخرى فإنه يعني أن الحياة مباشرة مستمد من القوانين الأساسية للطبيعة أن يلغي إمكانية فرضية حدوث عشوائي. لكن هذا سيكون مرتفع للغاية بيان.

كان يجب أن تأتي من شيء. علم الأحياء لم تكن موجودة دائما. هي أيضا كانت نتيجة سلسلة من بعض العمليات الكيميائية التي أدت إلى حقيقة أن المواد الكيميائية بطريقة ما نظمت نفسها في البريبايوتكس المركبات خلق "لبنات بناء الحياة" ثم تحولت إلى الميكروبات التي تطورت في نهاية المطاف إلى مذهلة المخلوقات الحية الموجودة على كوكب الأرض اليوم.

نظرية abiogenesis يدرس ظهور الحياة ظهور المعيشة في الطبيعة من جماد و انجلترا أساس ومفتاح غير الحية المركبات الكيميائية يمكن أن تتحول إلى حية البيولوجية يمكن الديناميكا الحرارية. ومع ذلك ، وكما أشار الباحث نفسه ، الدراسة الأخيرة لا تهدف إلى إنشاء اتصال بين الحيوية "خصائص" من النظم الفيزيائية و البيولوجية.

"أنا لا أقول أنني عقدت المهمة التي يمكن أن الإجابة على هذا السؤال من طبيعة الحياة على هذا النحو" — مشترك انكلترا في مقابلة مع العلوم الحية.

"ما يهمني هو إثبات المبدأ – ما هي المتطلبات المادية مظاهر جماد المركبات المعيشة والسلوك."

التنظيم الذاتي في النظم الفيزيائية

عند استخدام الطاقة قوانين الفيزياء تملي كيف هذه الطاقة سوف يكون تبدد. إن هذا النظام يتصرف فيها خارجي مصدر الحرارة ، ثم تبدأ الطاقة يتبدد حتى حول هذا النظام يحدد التوازن الحراري. وضعت كوب ساخن من القهوة على الطاولة و بعد فترة من الزمن المكان الذي وقفت الكأس سوف تكون دافئة. ومع ذلك ، فإن بعض النظم الفيزيائية يمكن أن يكون عدم التوازن ، وذلك باستخدام "التنظيم الذاتي" انهم يحاولون جعل الأكثر فعالية في استخدام الطاقة من مصدر خارجي ، مما أدى إلى تشغيل مثيرة جدا للاهتمام ، كما أشار إلى إنجلترا ، samomoderirovanie التفاعل الكيميائي ، ومنع تحقيق التوازن الحرارية. وكأن كوب من القهوة بشكل عفوي أثار تفاعل كيميائي ، واضطر إلى دعم الساخن فقط صغيرة قهوة منطقة في وسط الكأس ، ومنعه من التبريد والانتقال إلى حالة من التوازن الحرارية مع الجدول. يطلق العلماء على هذه الحالة "التكيف مع تبديد" ، هذه الآلية هو بالضبط ما يعطي رأي إنجلترا هامدة المادية نظام الحية خصائص.

مفتاح سلوكيات الحياة هو القدرة على استنساخ نفسه أو أن تكون (من جهة النظر البيولوجية) الاستنساخ. هذا هو أساس كل الحياة: تبدأ بسيطة ثم استنساخها ، فإنه يصبح أكثر وأكثر تعقيدا ، ثم مرة أخرى مستنسخة ، وتتكرر هذه العملية مرة أخرى ومرة أخرى. وحدث أن غبائه هو أيضا وسيلة فعالة جدا من تبديد الحرارة وزيادة في الكون داخل النظام.

في دراسة نشرت في 18 تموز / يوليو في مجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم (وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم) انجلترا و المؤلف المشارك الأردن هورويتز تصف كيفية التحقق من فرضيته. أجروا بعض المحاكاة الحاسوبية من نظام مغلق (منظومة تبادل الحرارة أو المسألة مع البيئة) ، التي تحتوي على "شوربة" من 25 الكيميائية. على الرغم من حقيقة أن نظام بسيط جدا ، هو هذا "مرق" على الأرجح عندما يكون هناك شيء يمكن أن تغطي سطح القديمة ، هامدة الأرض. حتى اتضح أن إذا كانت هذه المواد الكيميائية معا و هم أيضا تحت تأثير الحرارة من مصدر خارجي (مثل الآبار المائية) ، ثم هذه المواد بحاجة الى بعض وسيلة لتبديد الحرارة تحت القانون الثاني للديناميكا الحرارية الذي يقول أن الحرارة قد تتبدد الكون من النظام في هذه المرحلة سيزيد لا محالة.

عند إنشاء بعض الشروط الأولية ، وقد اكتشف العلماء أن هذه المواد الكيميائية يمكن تحسين التأثيرات على نظام الطاقة من خلال التنظيم الذاتي نشطة فيما بعد ردود الفعل الذاتي النسخ المتماثل. هذه المواد الكيميائية بشكل طبيعي الذاتي-التكيف مع الظروف المتغيرة. يمكنك إنشاء لهم نفس رد الفعل كما تنتج الحرارة ، والذي يتوافق مع القانون الثاني للديناميكا الحرارية.الكون من النظام دائما زيادة المواد الكيميائية كما ستواصل تنظيم أنفسهم وإظهار الحيوية السلوك في شكل الاستنساخ الذاتي.

"في الواقع النظام الأول يحاول العديد من الحلول على نطاق صغير و عندما يبدأ أن تظهر نتيجة إيجابية ، المنظمة النظام بأكمله مع هذا الحل لا تأخذ الكثير من الوقت" — مشترك انكلترا في مقابلة مع العلوم الحية.

نموذج بسيط من الأحياء على النحو التالي: الجزيئي يتم حرق الطاقة في الخلايا ، والتي بطبيعتها هي من التوازن والتحكم في عمليات التمثيل الغذائي التي تدعم الحياة. ولكن كما أشار إلى إنجلترا ، اكتشف بين الحيوية خصائص السلوك الظاهري الكيميائية حساء الحياة نفسها هناك فرق كبير.

مع هذا يوافق سارة العمارى ووكر ، عالم فيزياء نظرية و astrobiologist في جامعة ولاية أريزونا الذين لم يشاركوا في مناقشة الدراسات.

"هناك طريقتان لتمرير محاولة لتوحيد علم الأحياء والفيزياء. واحد هو فهم كيف يمكنك الحصول على نوعية الحياة من الفيزيائية البسيطة. والثاني هو أن نفهم كيف الفيزياء قادرة على إنتاج الحياة. فإنه من الضروري حل كل من هذه الشروط أن نفهم حقا ما خصائص فريدة من نوعها حقا من أجل الحياة نفسها ، وما هي خصائص نموذجية الأشياء يمكنك أن تأخذ النظم الحية ، على سبيل المثال ، البريبايوتكس", — علق العمارى وكر الحية العلم.

أصل الحياة خارج الأرض

وقبل أن نبدأ في الإجابة على السؤال ما إذا كانت هذه بسيطة المادية نظام تؤثر على ظهور الحياة في مكان آخر في الكون ، تحتاج أولا إلى فهم أفضل كيف وأين هذه النظم يمكن أن توجد على الأرض.

"إذا كانت كلمة "الحياة" تعني شيئا هو نفسه للإعجاب كما يقولون, البكتيريا أو أي شكل آخر مع [بولمرس] (بروتينات ربط الحمض النووي RNA) و الحمض النووي ، عملي لا نتحدث عن كيف يمكن أن يكون من السهل أو من الصعب خلق شيء معقد جدا, لذلك أنا لا أريد أن محاولة التكهن إذا نحن يمكن أن تجد شيئا من هذا القبيل في أي مكان آخر في الكون إلى جانب الأرض" ، — يقول انجلند.

هذه الدراسة لا تحدد كيف علم الأحياء نشأ من غير النظم البيولوجية ، إلا أنها تهدف إلى تفسير بعض العمليات الكيميائية المعقدة التي تحدث بسبب التنظيم الذاتي من المواد الكيميائية. أجرى المحاكاة الحاسوبية لا تأخذ بعين الاعتبار الحيوية الأخرى خصائص مثل التكيف مع البيئة أو رد فعل للمؤثرات الخارجية. هذا بالإضافة إلى أن هذه الحرارية دراسة نظام مغلق لا تأخذ بعين الاعتبار دور نقل المعلومات المتراكمة وقال مايكل ليسينغ ، وهو فيزيائي و الإحصائيين العاملين في الكمية البيولوجيا في جامعة كولونيا.

"العمل بالتأكيد يظهر نتائج مذهلة من التفاعل من عدم التوازن الكيميائي الشبكة ، ولكن ما زلنا بعيدين عن عندما الفيزياء يمكن أن تفسر طبيعة الحياة في واحد من الأدوار الرئيسية المسندة إلى الاستنساخ ونقل المعلومات" — قال ليسينغ العلوم الحية.

دور المعلومات ونقلها في الأنظمة الحية مهم جدا ، يوافق العمارى ووكر. في رأيها وجود الطبيعي التنظيم الذاتي موجود في "شوربة" من المواد الكيميائية لا يجب أن يعني أن تعيش المنظمة.

"أعتقد أن هناك العديد من الخطوات الوسيطة التي يجب اجتيازها في التحرك من أجل وظيفية بالكامل هندسة المعلومات مثل الخلايا الحية التي تتطلب وجود شيء مثل الذاكرة أو الوراثة. ونحن بطبيعة الحال غير قادر على النظام في الفيزياء و nonequilibrium أنظمة, ولكن هذا لا يعني أن في هذه الطريقة نحصل على الحياة" — وقال العمارى ووكر.

الخبراء يعتقدون عموما أن القول بأن إنجلترا وظيفة "أدلة مقنعة" من طبيعة الحياة من المرجح أن يكون سابقا لأوانه ، هناك العديد من الفرضيات التي تحاول أن تصف كيف أن الحياة قد تشكلت من لا شيء. ولكن بالتأكيد هو منظور جديد حول كيفية النظم الفيزيائية يمكن تنظيم الذات في الطبيعة. الآن أن العلماء فكرة عامة عن كيف يتصرف هذا الحرارية نظام ولعل الخطوة المقبلة ستكون محاولة تحديد عدد كاف من عدم التوازن في النظم الفيزيائية التي تظهر على الأرض يقول إنجلترا.