En forståelse af livets natur er et af de vanskeligste og mest interessante mysterier for menneskeheden. Over tid, mysteriet er uundgåeligt gået ud over spørgsmålet om, hvorvidt der kun er liv på Jorden, eller ikke hun har et eller andet sted i Universet. Er fremkomsten af liv på en tilfældig og lykkelig tilfældighed, eller det er, som naturligt, at Universet, som den universelle love for fysik?
Forskere har forsøgt at besvare disse spørgsmål. En af dem er Jeremy England, en biofysiker ved Massachusetts Institute of technology. I 2013, førte han den hypotese, at fysikkens love kan blive en udløse kemiske reaktioner, simple stoffer, der er tilladt at organisere sig på en sådan måde, at de til sidst erhvervet en “levende” kvalitet.
Resultaterne af de nye arbejde, England og hans kolleger bemærkede, at fysik er naturligvis i stand til at skabe processer samovosproizvoditsya reaktioner, som er et af de første skridt til at skabe en “levende” fra “ikke levende”. Med andre ord, det betyder, at liv stammer direkte fra de grundlæggende naturlove, der fjerner muligheden for den hypotese, af tilfældige hændelser. Men det ville være for høj en erklæring.
Livet var nødt til at komme fra noget. Biologi har ikke altid eksisteret. Også hun var resultatet af en kæde af visse kemiske processer, der førte til, at de kemikalier, der er på en eller anden måde organiseret sig i prebiotiske forbindelser, skabte de “byggesten for livet” og derefter omdannet til mikrober, som til sidst udviklede sig til den fantastiske levende væsener, der findes på vores planet i dag.
Teorien om abiogenesis undersøger fremkomsten af liv, som fremkomsten af den levende natur ud af livløse og England, grundlag og nøglen til ikke-levende kemiske forbindelser, der kunne blive til en levende biologisk kan være termodynamik. Men som påpeget af en videnskabsmand selv, sidstnævnte undersøgelse har ikke til formål at skabe en forbindelse mellem den “vitale egenskaber” af fysiske systemer og biologiske processer.
“Jeg vil ikke sige, at jeg havde et job, at kunne besvare spørgsmål om selve karakteren af selve livet”, — sagde England i et interview med Live Science.
“Hvad der interesserede mig, er meget bevis for princippet – hvad er de fysiske krav til manifestation af det livløse forbindelser af den levende adfærd.”
Self-organisation i fysiske systemer
Når du bruger energi, fysikkens love dikterer, hvordan denne energi vil blive fjernet. Hvis dette system fulgt op af en ekstern varmekilde, så den energi, begynder at sprede sig, indtil, indtil omkring dette system fastsættes termisk ligevægt. En varm Kop kaffe på bordet og efter en tid det sted, hvor der stod Cup vil være varm. Der er dog nogle fysiske systemer kan være ikke-ligevægt, så ved hjælp af “selv-organisering” de prøver at gøre den mest effektive brug af den energi af den eksterne kilde, hvilket resulterer i et løb er temmelig interessant, som påpeget af England, samomoderirovanie kemisk reaktion, der forhindrer opnåelse af termodynamisk ligevægt. Det er, som om den Kop kaffe spontant provokeret kemisk reaktion, tvunget til at støtte hot kun en lille og område i midten af Koppen, for at forhindre det fra køling og overgang til en tilstand af termodynamisk ligevægt med bordet. Forskerne kalder sådan en situation, “tilpasning til hovedet”, og denne mekanisme er netop det, der giver mening i England nonliving fysiske systemer, levende egenskaber.
Nøglen adfærd af liv, er evnen til at gengive sig selv eller blive (fra et biologisk synspunkt) reproduktion. Dette er grundlaget for alt liv: begynder som en simpel og derefter gengivet, det bliver mere og mere komplekse, og derefter igen reproduceres, og denne proces gentages igen og igen. Og det så sket, at manglende moral også er en meget effektiv måde at varmeafledning og stigning i entropi i systemet.
I den undersøgelse, der blev offentliggjort 18 juli i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences (proceedings of the National Academy of Sciences) i England og medforfatter Jordan Horowitz beskrive, hvordan at bekræfte sin hypotese. De kørte nogle computer-simuleringer af et lukket system (et system, der ikke er udveksling af varme eller noget, med dets omgivelser), der indeholder en “suppe” af 25 kemikalier. På trods af det faktum, at deres system var meget simpelt, det er dette “bouillon” mest sandsynligt, når der er noget der kunne dække overfladen af den gamle, livløs på Jorden. Så viste det sig, at hvis disse kemiske stoffer er sammen, og de er også under indflydelse af varme fra en ekstern kilde (f.eks, hydrotermiske wells), så disse stoffer vil har brug for nogle måde at sprede denne varme under termodynamikkens anden lov, som siger, at varmen er til at fjerne og entropi af systemet på dette tidspunkt vil uundgåeligt stige.
Når visse oprindelige betingelser, har forskere opdaget, at disse kemiske stoffer kan optimere indvirkning på energisystemet gennem selv-organisering og den efterfølgende aktive reaktioner for self-replikation. Disse kemikalier naturligvis selv tilpasse sig til de ændrede betingelser. Du kan oprette dem den samme reaktion også producerer varme, som svarer til den anden lov om termodynamik. Entropi af systemet altid vil stige, og kemikalier vil også fortsætte med at organisere sig og til at vise den vitale adfærd i form af selv-reproduktion.
“I virkeligheden, at systemet først forsøger mange løsninger til små og da en af dem begynder at vise et positivt resultat, organisationen har hele systemet og tilpasser sig denne løsning, der ikke tager meget tid”, — sagde England i et interview med Live Science.
En simpel model af biologi som følger: molekylær energi er brændt i de celler, som ifølge deres natur er ude af balance og kontrol metaboliske processer, der understøtter liv. Men som påpeget af England, opdagede mellem vitale egenskaber og adfærd i en virtuel kemisk suppe og livet i sig selv, at der er en stor forskel.
Er enig i, Sara Imari Walker, en teoretisk fysiker og astrobiologist på Arizona state University, som ikke deltog i de omtalte undersøgelser.
“Der er to måder at videregive til at forsøge at forene biologi og fysik. Den ene er at forstå, hvordan du kan få kvalitet af liv fra den simple fysiske systemer. Den anden er at forstå, hvordan fysik er i stand til at producere liv. Det er nødvendigt for at løse begge disse betingelser, til virkelig at forstå, hvad egenskaber er virkelig unik for selve livet, og hvad egenskaber og karakteristika, der er typiske ting, du kan tage for levende systemer, for eksempel, prebiotics,” kommenterede Imari Walker Live Science.
Oprindelsen af liv uden for Jorden
Før vi begynder at besvare de store spørgsmål om, hvorvidt disse enkle fysiske system påvirker fremkomsten af liv andre steder i Universet, du først nødt til at bedre at forstå, hvordan og hvor sådanne systemer kan eksistere på Jorden.
“Hvis ordet “liv” mener du, at noget, der er den samme imponerende, som fx bakterier eller enhver anden form med polymeraser (proteiner tilslutning af DNA og RNA og DNA, mit job er ikke at tale om, hvordan det kan være let eller svært at skabe noget, der er så komplekse, så jeg ønsker ikke at forsøge at spekulere i, om vi kan finde noget lignende andre steder i Universet udover Jorden,” siger England.
I denne undersøgelse ikke afgøre, hvordan biologi opstod fra ikke-biologiske systemer, der kun har til formål at forklare nogle af komplekse kemiske processer, som opstår på grund af den selv-organisering af kemikalier. Udført computersimuleringer ikke tager højde for andre vigtige egenskaber, såsom tilpasning til miljøet, eller som reaktion på eksterne stimuli. Hertil kommer, at denne termodynamiske undersøgelse af et lukket system ikke tager højde for den rolle, overførsel af de indsamlede oplysninger, siger Michael Lessing, en fysiker og statistiker, der arbejder i kvantitativ biologi ved Universitetet i Köln.
“Dette arbejde er absolut viser det fantastiske resultat af interaktion af ikke-ligevægt kemiske nettet, men vi er stadig langt fra, når fysik kan forklare karakteren af liv, i, som en af de vigtigste roller, der er tildelt til reproduktion og videregivelse af oplysninger”, — kommenteret af Lessing Live Science.
Den rolle informations-og dens overdragelse i levende systemer er meget vigtigt, er enig i, Imari Walker. Hun mener, at tilstedeværelsen af naturlig selv-organisering er til stede i den “suppe” af kemikalier, behøver ikke at betyde, at det er en levende organisation.
“Jeg tror, at der er mange mellemliggende trin, der skal gennemløbes for at bevæge sig fra et simpelt ordre til en fuldt funktionel informations-arkitektur, som levende celler, som kræver tilstedeværelse af noget, der lignede en hukommelse eller arvelighed. Vi er selvfølgelig ude af stand til at bestille i fysik og nonequilibrium systemer, men det betyder ikke, at den måde, vi får i livet,” sagde Imari Walker.
Eksperter generelt mener, at at sige, at England job er “overbevisende dokumentation” af livets natur er tilbøjelige til at være for tidligt, da der er mange andre hypoteser, der forsøger at beskrive, hvordan livet kunne have dannet af ingenting. Men det er det bestemt et frisk perspektiv på, hvordan fysiske systemer kan selv-organisere sig i naturen. Nu, at forskerne har en Generel idé om,, hvordan det opfører sig i denne termodynamiske system, måske det næste skridt vil være at forsøge at finde et tilstrækkeligt antal ikke-ligevægt fysiske systemer, der vises på Jorden, siger England.
Liv: en tilfældighed eller en lov i fysik…?
Nikolai Khizhnyak