Liv: en tilfeldighet eller en lov i fysikk...?

En forståelse av natur i livet, er en av de mest vanskelige og interessante hemmeligheter for menneskeheten. Over tid, mysteriet er uunngåelig gått utover spørsmålet om det er liv bare på Jorden, eller gjorde hun har et annet sted i Universet. Er fremveksten av livet i en tilfeldig og lykkelig tilfeldighet, eller er det like naturlig å Universet, som de universelle lovene i fysikk?

Forskere har prøvd å svare på disse spørsmålene. En av dem er Jeremy England, biophysicist ved Massachusetts Institute of technology. I 2013, og han ledet til hypotesen om at fysikkens lover kan bli en trigger av kjemiske reaksjoner, enkle stoffer lov til å organisere seg på en slik måte at de til slutt kjøpt en "levende" kvalitet.

Resultatene av den nye jobben England og hans kolleger bemerket at fysikk er selvsagt i stand til å skape prosesser samovosproizvoditsya reaksjoner, som er en av de første trinnene for å skape en "levende" fra "nonliving". Med andre ord, det betyr at livet er direkte avledet av de grunnleggende lovene i naturen som eliminerer muligheten for hypotesen om tilfeldig hendelse. Men det ville være for høyt en uttalelse.

Livet hadde å komme fra noe. Biologi har ikke alltid eksistert. Hun også var et resultat av en kjede av visse kjemiske prosesser som førte til at kjemikalier er noe organisert seg inn i prebiotika forbindelser, opprettet "building blocks of life" og deretter slått inn mikrober, som etter hvert utviklet seg til den fantastiske levende skapninger som finnes på vår planet i dag.

Teorien om abiogenesis undersøker fremveksten av livet som fremveksten av den levende naturen ut av livløse og England, grunnlag og nøkkelen til ikke-levende kjemiske forbindelser kan slå inn en live biologiske kan være termodynamikk. Imidlertid, som det fremgår av forskeren selv, sistnevnte studien ikke tar sikte på å opprette en forbindelse mellom "vitale egenskaper" av fysiske systemer og biologiske prosesser.

"jeg vil ikke si at jeg hadde en jobb som kan besvare spørsmålet om arten av livet som sådan" — delte England i et intervju med Live Science.

"hva er interessert meg er selve beviset av prinsipp – hva er de fysiske kravene for manifestasjonen av den livløse forbindelser av den levende atferd."

selv-organisering i fysiske systemer

Når du bruker energi, lover diktere hvordan denne energien vil bli borte. Hvis dette systemet påvirket av en ekstern varmekilde, og energien begynner å avta til rundt dette systemet etablerer termisk likevekt. Sette en varm Kopp kaffe på bordet og etter en tid, sted der sto den Cup vil bli varm. Men noen fysiske systemer kan være ikke-likevekt, så ved hjelp av "self-organisasjon" som de prøver å gjøre mest mulig effektiv bruk av energi fra ekstern kilde, noe som resulterer i et løp er ganske interessant, som påpekt av England, samomoderirovanie kjemisk reaksjon, og hindrer oppnåelse av termodynamisk likevekt. Det er som om en Kopp kaffe spontant vakte kjemisk reaksjon, tvunget til å støtte hot bare en liten kaffe-området i midten av Koppen, og hindrer den fra kjøling og overgang til en tilstand av termodynamisk likevekt med bordet. Forskere kaller en slik situasjon "tilpasning til utskeielser", og denne mekanismen er nettopp hva som gir mening i England livløs fysisk system for live-egenskaper.

- Tasten atferd av liv er evnen til å reprodusere seg selv eller blir (fra et biologisk synspunkt) gjengivelse. Dette er grunnlaget for alt liv: begynner som en enkelt, og så reproduseres, det blir mer og mer komplekse, og deretter igjen reproduseres, og denne prosessen gjentas igjen og igjen. Og det så skjedde det amorality også er en svært effektiv måte å varmespredning og økning i entropi i systemet.

I studie publisert juli 18 i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences (proceedings of the National Academy of Sciences) England og co-forfatter Jordan Horowitz beskrive hvordan å bekrefte hypotesen. De kjørte noen datamaskin-simuleringer av et lukket system (et system som ikke er utveksling av varme eller saken med sine omgivelser), som inneholder en "suppe" av 25 kjemikalier. Til tross for det faktum at deres system var svært enkel, det er denne "suppen" mest sannsynlig at noe kunne dekke overflaten av den gamle, livløs Jorden. Så det viste seg at hvis disse kjemiske stoffene er sammen, og de er også under påvirkning av varme fra en ekstern kilde (for eksempel, hydrotermale brønner), da disse stoffene trenger noen måte å spre denne varmen under termodynamikkens andre lov, som sier at varmen har til å spre og entropien i systemet på dette punktet vil nødvendigvis øke.

Når du oppretter visse første forhold, forskere har oppdaget at disse kjemiske stoffer kan optimalisere virkningen på energien i systemet gjennom selvorganisering og den påfølgende aktiv reaksjoner for selv-replikasjon. Disse kjemikaliene naturlig selv justere til de endrede forholdene. Du lage dem samme reaksjon som også produserer varme, noe som tilsvarer termodynamikkens andre lov.Entropien til systemet alltid vil øke og kjemikalier vil også fortsette å organisere seg og til å vise den viktige atferd i form av selv-gjengivelse.

"faktisk, systemet prøver først mange løsninger til små-skala og når en av dem begynner å vise et positivt resultat, organisasjonen har hele systemet og tilpasser denne løsningen tar ikke mye tid" — delte England i et intervju med Live Science.

En Enkel modell av biologi som følger: molecular energi forbrennes i cellene, som i sin natur er ute av likevekt og kontrollere metabolske prosesser som støtte liv. Men som påpekt av England, oppdaget mellom vitale egenskaper og atferd i en virtuell kjemiske suppe og selve livet det er en stor forskjell.

Med dette samtykker Sara Imari Walker, en teoretisk fysiker og astrobiologist ved Arizona state University som ikke deltok i det diskutert studier.

"Det er to måter å passere for å prøve å forene biologi og fysikk. Den ene er å forstå hvordan du kan få livskvalitet fra enkle fysiske systemer. Den andre er å forstå hvordan fysikk er i stand til å produsere liv. Det er nødvendig for å løse begge disse forholdene, for å virkelig forstå hvilke egenskaper er helt unike for selve livet, og hvilke egenskaper og kjennetegn som er typiske ting du kan ta for å leve systemer, for eksempel, prebiotika", — kommentert Imari Walker Live Science.

opprinnelsen til liv utenfor Jorden

Før du begynner vi å svare på det store spørsmålet om hvorvidt disse enkle fysiske systemet påvirker fremveksten av liv andre steder i Universet, må du først forstå hvor og hvordan slike systemer kan eksistere på Jorden.

"Hvis ordet "liv" betyr noe som er den samme imponerende som for eksempel bakterier eller annen form med polymerases (proteiner koble DNA og RNA) og DNA, min jobb er ikke å snakke om hvor lett eller vanskelig å lage noe som er så komplekst, så jeg ville ikke ønske å prøve å spekulere på om vi kan finne noe lignende noe annet sted i Universet i tillegg til Jorden", — sier Englund.

Denne studien ikke kan bestemme hvordan biologi oppsto fra ikke-biologiske systemer, det bare tar sikte på å forklare noen komplekse kjemiske prosesser, som oppstår på grunn av selv-organisering av kjemikalier. Gjennomført datasimuleringer ikke ta hensyn til andre viktige egenskaper, for eksempel tilpasning til omgivelsene eller reaksjon på ytre stimuli. I tillegg, dette termodynamiske studier av et lukket system tar ikke hensyn til rollen til overføring av oppsamlede informasjon, sa Michael Lessing, en fysiker og statistiker arbeider i kvantitativ biologi ved Universitetet i Köln.

"arbeidet definitivt viser fantastiske resultater fra samspillet av ikke-likevekt kjemiske nettverk, men vi er fortsatt langt fra når fysikk kan forklare innholdet av livet, som en av de viktigste rollene som er tilordnet til reproduksjon og formidling av informasjon" — sa Lessing Live Science.

Den Rollen informasjon og overføring i levende systemer er svært viktig, er enig i Imari Walker. I hennes mening, tilstedeværelse av naturlige selv-organisering er til stede i "suppe" av kjemikalier behøver ikke å bety at det er en levende organisasjon.

"jeg tror at det er mange mellomliggende trinn som må være krysset for å flytte fra et enkelt bestille til en fullt funksjonell informasjon arkitektur som levende celler som krever tilstedeværelse av noe som et minne eller arv. Vi er selvfølgelig ute av stand til å bestille i fysikk og nonequilibrium systemer, men det betyr ikke at på denne måten får vi et liv" — sa Imari Walker.

Eksperter generelt tror at å si at England-jobben er "bevis" av natur i livet, er sannsynlig å være for tidlig, så det er mange andre hypoteser som forsøker å beskrive hvordan livet kunne ha dannet fra ingenting. Men det er definitivt et friskt perspektiv på hvordan fysiske systemer kan selv organisere i naturen. Nå som forskere har en Generell idé om hvordan den oppfører seg dette termodynamiske system, kanskje neste skritt vil være å forsøke å finne et tilstrekkelig antall av ikke-likevekt fysiske systemer som vises på Jorden, sier England.