Gyvenimo prigimties supratimas yra viena sunkiausių ir kartu įdomiausių paslapčių žmonijai. Laikui bėgant ši paslaptis neišvengiamai peržengė klausimą, ar gyvybė egzistuoja tik Žemėje, ar ji egzistuoja kur nors kitur Visatoje. Ar gyvybės atsiradimą lemia atsitiktinis ir laimingas sutapimas, ar visatai tai taip pat natūralu, kaip universalūs fizikos dėsniai?
Mokslininkai ilgą laiką bandė atsakyti į šiuos klausimus. Vienas iš jų yra Jeremy Englandas, biofizikas iš Masačusetso technologijos instituto. 2013 m. Jis iškėlė hipotezę, kad fizikos įstatymai gali sukelti chemines reakcijas, leidžiančias paprastoms medžiagoms organizuotis taip, kad jos ilgainiui įgytų „gyvybės“savybes.
- „Salik.biz“
Naujojo Anglijos ir jo kolegų darbo rezultatuose pažymima, kad fizika sugeba natūraliai sukurti savaime atkuriamų reakcijų procesus, o tai yra vienas iš pirmųjų žingsnių siekiant sukurti „gyvą“iš „negyvojo“. Kitaip tariant, tai reiškia, kad gyvenimas tiesiogiai kyla iš pagrindinių gamtos dėsnių, kurie iš esmės atmeta atsitiktinio įvykio hipotezės galimybę. Bet tai būtų per garsus teiginys.
Gyvenimas turėjo iš kažko atsirasti. Biologija ne visada egzistavo. Tai taip pat atsirado dėl tam tikrų cheminių procesų grandinės, kuri lėmė, kad chemikalai kažkaip susistemino į prebiotinius junginius, sukūrė „gyvybės statybinius blokus“, o paskui virto mikrobais, kurie ilgainiui išsivystė į nuostabią gyvų daiktų kolekciją. egzistuojančių mūsų planetoje šiandien.
Abiogenezės teorija gyvybės atsiradimą laiko gyvosios gamtos atsiradimu iš negyvojo ir, anot Anglijos, termodinamika gali būti pagrindas ir raktas, kurio dėka negyvi cheminiai junginiai gali virsti gyvais biologiniais. Tačiau, kaip pažymi pats mokslininkas, naujausių tyrimų tikslas nėra sukurti ryšį tarp fizinių sistemų „gyvybinių savybių“ir biologinių procesų.
„Nepasakyčiau, kad padariau darbą, kuris galėtų atsakyti į patį gyvenimo, kaip tokio, pobūdį“, - interviu „Live Science“pasidalino Anglija.
„Kas mane sudomino, buvo pats principo įrodymas - kokie yra fiziniai reikalavimai gyvam elgesiui pasireikšti negyvaisiais junginiais“.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Savęs organizavimas fizinėse sistemose
Kai energija naudojama sistemoje, fizikos dėsniai nustato, kaip ta energija išsiskirs. Jei šią sistemą veikia išorinis šilumos šaltinis, tada energija pradeda išsisklaidyti tol, kol aplink šią sistemą organizuojama šiluminė pusiausvyra. Padėkite karštą puodelį kavos ant stalo ir po kurio laiko ta vieta, kur stovėjo puodelis, sušils. Vis dėlto kai kurios fizinės sistemos gali būti ne pusiausvyros, todėl per „organizuotumą“jos bando efektyviausiai panaudoti išorinio šaltinio energiją, todėl gana įdomiai, kaip pabrėžia Anglija, suaktyvėja savaime išsilaikančios cheminės reakcijos, kurios neleidžia pasiekti termodinaminės pusiausvyros. Tarsi kavos puodelis spontaniškai sukeltų cheminę reakciją, dėl kurios karštas puodelio centre būtų tik mažas kavos plotas,neleidžiant jam atvėsti ir pereiti į termodinaminės pusiausvyros būseną su lentele. Mokslininkas tokią situaciją vadina „prisitaikymu prie išsisklaidymo“, ir būtent šis mechanizmas Anglijos nuomone suteikia negyvoms fizinėms sistemoms gyvųjų savybių.
Pagrindinis gyvenimo elgesys yra galimybė daugintis savarankiškai arba (biologiniu požiūriu) daugintis. Tai yra bet kokio gyvenimo pagrindas: jis skaitomas kaip paprasčiausias, paskui atkuriamas, tampa vis sudėtingesnis, tada vėl atkuriamas ir šis procesas kartojamas vėl ir vėl. Taip atsitinka, kad savęs replikacija yra labai efektyvus būdas išsklaidyti šilumą ir padidinti entropiją šioje sistemoje.
Tyrime, paskelbtame liepos 18 d., Žurnale Proceedings of the National Academy of Sciences, England, ir bendraautoriui Jordanui Horowitzui aprašytas jų hipotezės išbandymas. Jie atliko kelis uždaros sistemos (sistemos, kuri nekeičia šilumos ir medžiagų su savo aplinka) kompiuterinį modeliavimą, kuriame yra 25 chemikalų „sriuba“. Nepaisant to, kad jų sistema buvo labai paprasta, ji yra tokia „sriuba“, kuri greičiausiai kadaise galėtų uždengti senovės ir negyvosios Žemės paviršių. Taigi paaiškėjo, kad jei šios cheminės medžiagos yra kartu ir yra veikiamos šilumos iš išorinio šaltinio (pavyzdžiui, hidroterminio šulinio), tada šioms medžiagoms reikės kažkaip išsklaidyti šią šilumą pagal antrąjį termodinamikos dėsnį, kuris sakokad šiluma turėtų išsisklaidyti ir sistemos entropija šiuo momentu neišvengiamai padidės.
Sudarydamas tam tikras pradines sąlygas, mokslininkas išsiaiškino, kad šios cheminės medžiagos gali optimizuoti poveikį energijos sistemai per savarankišką organizavimą ir paskesnes aktyvias reakcijas į savęs replikaciją. Šios cheminės medžiagos natūraliai prisitaiko prie pasikeitusių sąlygų. Jų sukurtos reakcijos taip pat skleidė šilumą, kuri atitinka antrąjį termodinamikos dėsnį. Entropija sistemoje visada didės, o chemikalai ir toliau savarankiškai organizuosis bei demonstruos elgesį gyvenime kaip savigydą.
„Tiesą sakant, sistema pirmiausia išbando daugelį nedidelio masto sprendimų ir, kai vienas iš jų pradeda rodyti teigiamą rezultatą, tada visos sistemos sutvarkymas ir pritaikymas prie šio sprendimo neužima daug laiko“, - interviu „Live Science“dalijosi Anglija.
Paprastas biologijos modelis yra toks: molekulinė energija sudeginama ląstelėse, kurios natūraliai nėra pusiausvyroje ir valdo medžiagų apykaitos procesus, palaikančius gyvenimą. Tačiau, kaip pabrėžia Anglija, virtualioje cheminėje sriuboje ir pačiame gyvenime yra didelis skirtumas tarp atrastų gyvybės savybių ir elgesio.
Su šiandien aptariamais tyrimais nedalyvavusiai Arizonos universiteto fizikai ir astrobiologei Sarah Imari Walker sutinka.
„Norint suderinti biologiją ir fiziką, reikia eiti dviem keliais. Vienas dalykas yra suprasti, kaip gyvenimo savybes galima gauti iš paprastų fizinių sistemų. Antrasis - suprasti, kaip fizika gali sukurti gyvenimą. Reikia išnagrinėti abi šias sąlygas, kad iš tikrųjų suprastume, kurios savybės iš tikrųjų yra išskirtinės tokio gyvenimo prasme, o kurios savybės ir savybės būdingos dalykams, kuriuos galite suklaidinti dėl gyvų sistemų, pavyzdžiui, prebiotikai “, -„ Live Science “komentavo Imari Walker.
Gyvybės atsiradimas už Žemės ribų
Prieš pradėdami atsakyti į didelį klausimą, ar šios paprastos fizinės sistemos galėjo paveikti gyvybės atsiradimą kitur Visatoje, pirmiausia turime geriau suprasti, kur tokios sistemos galėtų egzistuoti Žemėje.
„Jei per gyvenimą jūs turite omenyje tai, kas įspūdinga, tarkime, bakterijas ar bet kurią kitą formą su polimerazėmis (baltymais, jungiančiais DNR ir RNR) ir DNR, tada mano darbas nėra apie tai, kaip lengva ar sudėtinga ji gali būti. sukurti kažką tokio sudėtingo, todėl nenorėčiau per anksti bandyti daryti prielaidų, ar ką nors panašaus rasime kur nors kitur Visatoje, išskyrus Žemę “, - sako Anglija.
Šis tyrimas neapibrėžia, kaip biologija atsirado iš nebiologinių sistemų, tik siekiama paaiškinti kai kuriuos sudėtingus cheminius procesus, per kuriuos vyksta cheminių medžiagų savireguliacija. Atliekant kompiuterinį modeliavimą neatsižvelgiama į kitas gyvenimo savybes, tokias kaip prisitaikymas prie aplinkos ar reakcija į išorinius dirgiklius. Be to, atliekant šį uždaros sistemos termodinaminį tyrimą, neatsižvelgiama į sukauptos informacijos perdavimo vaidmenį, pastebi Michaelas Lassingas, statistikos gydytojas fizikas, taip pat dirbantis kiekybinėje biologijoje Kelno universitete.
„Šis darbas neabejotinai parodo nuostabų pusiausvyros neturinčių cheminių tinklų sąveikos rezultatą, tačiau mes vis dar esame toli iki tada, kai fizika gali paaiškinti gyvenimo prigimtį, kai vienas iš pagrindinių vaidmenų yra informacijos atgaminimas ir perdavimas“, - „Live Science“komentavo Lassingas.
Imari Walker sutinka, kad informacija ir jos perdavimas gyvosiose sistemose yra labai svarbūs. Jos nuomone, natūralus savitarnos organizavimas cheminių medžiagų „sriuboje“nebūtinai reiškia, kad tai yra gyva organizacija.
„Manau, kad yra daugybė tarpinių etapų, kuriuos turime pereiti nuo paprasto užsakymo prie visiškai funkcionalios informacijos architektūros, tokios kaip gyvos ląstelės, sukūrimo, kuriai reikalinga kažkas panašaus į atmintį ar paveldėjimą. Mes tikrai galime gauti tvarką fizikoje ir pusiausvyros sistemose, tačiau tai nereiškia, kad tokiu būdu mes gauname gyvybę “, - sako Imari Walker.
Ekspertai paprastai mano, kad būtų per anksti sakyti, kad Anglijos darbai yra „įtikinamas gyvenimo įrodymas“, nes yra daugybė kitų hipotezių, bandančių apibūdinti, kaip gyvenimas galėjo susiformuoti iš beveik nieko. Bet tai tikrai naujai pažvelgus į tai, kaip fizinės sistemos sugeba savarankiškai organizuotis gamtoje. Dabar, kai mokslininkai turi pagrindinį supratimą, kaip ši termodinaminė sistema elgiasi, galbūt kitas žingsnis bus bandymas nustatyti pakankamą ne pusiausvyros fizinių sistemų, atsirandančių Žemėje, skaičių, sako Anglija.