Leben: Zufall oder Gesetz... Physik?

Das Verständnis der Natur des Lebens ist eine der schwierigsten und gleichzeitig interessantesten Rätsel für die Menschheit. Im Laufe der Zeit dieses Rätsel zwangsläufig jenseits der Frage, ob Leben nur auf der Erde, oder ob Sie es irgendwo anders im Universum. Verpflichtet, ob die Entstehung des Lebens und gelegentlichen glücklichen Zufall, oder es ist so natürlich für das Universum, wie die universellen Gesetze der Physik?

Wissenschaftler haben lange versucht, diese Fragen zu beantworten. Einer von Ihnen ist Jeremy England, Biophysiker Massachusetts Institute of Technology. Im Jahr 2013 brachte er die Hypothese, dass die Gesetze der Physik als Auslöser von chemischen Reaktionen, erlaubt den einfachen Substanzen so zu organisieren, dass Sie am Ende gewannen die «Lebens» - Qualität.

In den Ergebnissen der neuen Arbeit Ингланда und seine Kollegen darauf hingewiesen, dass die Physik in der Lage, auf ganz Natürliche Weise Prozesse самовопроспроизводимых Reaktionen, dass ist einer der ersten Schritte die Schaffung eines «lebendigen» der «leblosen». Mit anderen Worten bedeutet dies, dass das Leben geschieht direkt aus der grundlegenden Gesetze der Natur, was in der Tat schließt die Möglichkeit, Hypothesen über das gelegentliche auftreten. Aber es wäre zu laut Aussage.

Das Leben sollte aus etwas. Biologie gab es nicht immer. Es ist auch die Folge einer Kette von bestimmten chemischen Prozessen, die zu der Tatsache, dass die Chemikalien irgendwie organisierten sich in пребиотические Verbindung erstellt «Bausteinen des Lebens», und dann verwandelte sich in den Keimen, die letztlich entwickelten sich in eine erstaunliche Reihe von Lebewesen, die heute existieren auf unserem Planeten.

Die Theorie абиогенеза behandelt wie die Entstehung des Lebens die Entstehung der Natur aus der unbelebten und laut Ингланда, die Grundlage und der Schlüssel, durch die unbelebten chemischen verbindungen konnten sich in Live-biologische Thermodynamik kann ein. Jedoch, wie die Noten selbst Wissenschaftler, den letzten Forschung nicht das Ziel, bei der Schaffung einer Verbindung zwischen den «lebenswichtigen Eigenschaften» physischen Systemen und biologischen Prozessen.

«Ich würde nicht sagen, dass ich die Arbeit, das könnte die Antwort auf die Frage der Natur des Lebens als solches», — England teilte in einem Interview mit der Financial Times.

«was mich interessiert, ist selbst der Beweis des Prinzips – was sind die körperlichen Anforderungen für die Symptome bei unbelebten verbindungen des lebendigen Verhaltens».

Selbstorganisation in physikalischen Systemen

Wenn das System angewendet wird die Energie, die Gesetze der Physik diktieren, wie diese Energie wird abgeführt. Wenn auf dieses System wirkt eine externe Wärmequelle, dann beginnt die Energie zu zerstreuen, solange dieses Systems nicht herum organisiert thermische Gleichgewicht. Legen Sie eine heiße Tasse Kaffee auf den Tisch und durch die Zeit, den Ort, wo Stand die Tasse warm wird. Jedoch einige physikalische Systeme können неравновесными, also durch «Selbstorganisation» Sie versuchen, auf die wirksamste Weise zu erschließen, die Energie einer externen Quelle, wodurch das laufen ziemlich interessant, wie England gibt, самоподдерживаемые Chemische Reaktionen behindern die Erreichung des thermodynamischen Gleichgewichts. Es ist, als ob eine Tasse Kaffee spontan eine Chemische Reaktion provoziert, zwingt zu heißes nur einen winzigen Kaffee-Platz im Zentrum der Schale, verhindert die Kühlung und den übergang in den Zustand des thermodynamischen Gleichgewichts mit einem Tisch. Der Wissenschaftler nennt diese Situation «Anpassung an die Ableitung», und dieser Mechanismus ist genau das, was nach Meinung der Ингланда unbelebte physikalische Systeme lebende Eigenschaften.

Der Entscheidende Verhalten des Lebens ist die Fähigkeit, sich selbst zu replizieren oder (aus Biologischer Sicht) Reproduktionen. Dies ist die Grundlage für jedes Leben: beginnt als einfache, dann wiedergegeben, wird immer mehr und mehr herausfordernd, dann wieder wiedergegeben und dieser Vorgang wiederholt sich immer wieder. Und so kam es, dass die selbstreplikation ist auch eine sehr effektive Methode der Wärmeableitung und der Erhöhung der Entropie in diesem System.

In den Ergebnissen der Studie, veröffentlicht 18. Juli in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften) England und Koautor von Jordan Horowitz beschreiben die überprüfung Ihrer Hypothesen. Sie verbrachten ein paar Computer-Simulationen des geschlossenen Systems (des Systems, die nicht tauscht Wärme oder Materie mit seiner Umgebung), die «Suppe» aus 25 Chemikalien. Trotz der Tatsache, dass Ihr System war ganz einfach, es ist diese «Brühe» wahrscheinlich irgendwann konnte überziehen die Oberfläche der alten Erde und leblos. So stellte sich heraus, dass, wenn diese Chemikalien sind zusammen und auf Ihnen ist die Wirkung der Wärme aus einer externen Quelle (Z. B. hydrothermale Brunnen) diese Stoffe müssen irgendwie diese Wärme abzuführen gemäß dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, die besagt, dass Wärme muss abgeführt und die Entropie des Systems an dieser Stelle wird unweigerlich zunehmen.

Beim erstellen bestimmter ursprünglichen Bedingungen Wissenschaftler festgestellt, dass diese Chemikalien können zu optimieren, die Auswirkungen auf das System Energie durch Selbstorganisation und der nachfolgenden aktiven Reaktionen zur selbstreplikation. Diese Chemikalien auf Natürliche Weise selbst подстроились unter geänderten Bedingungen. Von Ihnen erstellte Reaktionen machten auch die Wärme, das entspricht dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik.Die Entropie im System wird immer steigen und Chemikalien wird weiterhin selbst zu organisieren und zu demonstrieren vitales Verhalten in Form von sich selbst zu replizieren.

«In der Tat versucht das System zunächst eine Vielzahl von Lösungen des kleinen Maßstabs und wenn einer von Ihnen beginnt zeigt ein positives Ergebnis, das die Organisation bereits das gesamte System und Anpassung auf diese Entscheidung nimmt nicht viel Zeit», — England teilte in einem Interview mit der Financial Times.

Ein Einfaches Modell der Biologie wie folgt: molare Energie in den Zellen verbrannt, die Ihrer Natur nach außerhalb des Gleichgewichts und Steuern den Stoffwechsel Prozessen, die das Leben. Aber wie England gibt, zwischen der erkannten Lebenskräften Eigenschaften und Verhalten in der virtuellen chemischen Suppe und zum Leben selbst gibt es einen großen Unterschied.

Mit diesem stimmt Sarah Imari Walker, Physiker und astrobiologe an der Arizona State University, auch nicht die Teilnahme in der heute diskutierten Studien.

«es Gibt zwei Wege, die man gehen muss, um zu versuchen und zu kombinieren Biologie und Physik. Eine Erkenntnis, wie man die Lebens-Qualität von einfachen physikalischen Systemen. Die zweite Erkenntnis, wie die Physik in der Lage, Leben zu erzeugen. Sie müssen entscheiden, diese beiden Bedingungen, um wirklich zu verstehen, welche Eigenschaften sind wirklich einzigartig für das Leben als solches und welche Eigenschaften und Merkmale sind charakteristisch für Dinge, die Sie zu sich nehmen können, ein Live-System, Z. B. Präbiotika», — kommentierte Imari Walker Live Science.

die Entstehung des Lebens außerhalb der Erde

Bevor wir beginnen, Antworten auf die große Frage, ob diese einfache physikalische Systeme beeinflussen die Entstehung von Leben anderswo im Universum, ist es zuerst notwendig, besser zu verstehen, wo solche Systeme existieren auf der Erde.

«Wenn unter dem Wort «Leben» meinst du etwas, dass die gleiche beeindruckende, wie zum Beispiel Bakterien oder jede andere Form mit полимеразами (Proteine, die die DNA und RNA) und DNA, dann ist meine Arbeit sagt nichts darüber aus, wie leicht oder schwer etwas zu schaffen, eine so komplexe, so möchte ich nicht vor der Zeit versuchen, zu spekulieren, haben wir etwas ähnliches irgendwo sonst noch im Universum, außer der Erde», — sagt England.

Diese Studie nicht bestimmt, auf welche Weise die Biologie entstand aus nicht-biologischen Systemen, es ist nur gerichtet auf die Erklärung einiger komplexer chemischer Prozesse, wodurch sich die Selbstorganisation von chemischen Substanzen. Die durchgeführten Computersimulationen berücksichtigen nicht Ihre übrigen Eigenschaften, wie die Anpassung an die Umwelt oder Reaktionen auf äußere Reize. Darüber hinaus ist die thermodynamische Untersuchung des geschlossenen Systems nicht berücksichtigt die Rolle der Migration Prozessdaten, sagt Michael Лэссинг, Physiker-Statistiken, Student auch quantitative Biologie an der Universität Köln.

«Diese Arbeit auf jeden Fall zeigt das erstaunliche Ergebnis der Wechselwirkung der chemischen nichtgleichgewichts-Netzwerke, aber wir sind noch weit davon entfernt, wenn die Physik in der Lage zu erklären, die Natur des Lebens, in denen einige der wichtigsten Rollen sind zur Reproduktion und übertragung von Informationen», — kommentierte Лэссинг Live Science.

Die Rolle von Informationen und deren übertragung in den Live-Systemen ist sehr wichtig, stimmt Imari Walker. Ihrer Meinung nach, die Natürliche Selbstorganisation anwesende in der «Suppe» aus chemischen Stoffen, muss nicht bedeuten, dass es ist eine lebendige Organisation.

«Ich glaube, dass es viele Zwischenstufen, die wir Durchlaufen müssen, um von einer einfachen Ordnung zur Schaffung eines voll funktionsfähigen Informations-Architektur wie bei den lebenden Zellen erfordert die Anwesenheit von so etwas wie Speicher oder Vererbung. Wir auf jeden Fall bekommen können die Reihenfolge in der Physik und nichtgleichgewichts-Systemen, aber das bedeutet nicht, dass auf diese Weise werden wir das Leben», — stellt fest Imari Walker.

Experten in der Regel glauben, dass, um zu sagen, dass die Arbeit Ингланда ist ein «überzeugender Beweis für die» Natur des Lebens ist wahrscheinlich verfrüht, da gibt es viele andere Hypothesen, die versuchen zu beschreiben, wie das Leben konnte sich praktisch aus dem nichts. Aber es ist auf jeden Fall frischen Blick darauf, wie die physischen Systeme sind in der Lage, sich selbst zu organisieren in der Natur. Jetzt haben Wissenschaftler eine Allgemeine Vorstellung von dem, wie verhält sich dieses thermodynamische System, vielleicht der nächste Schritt wird der Versuch, eine ausreichende Anzahl von nichtgleichgewichts-physischen Systemen, die auf der Erde, sagt England.