Защо съществува животът?

 ·

Flyer

Горд собственик на сайта © Логиката ще те отведе от точка А до точка В. Въображението ще те отведе навсякъде.

razdelitel

bgtop-vote-new

В момента има доста статии, които са копирани от сайта СВЕЖА НАУКА. Докато се заемем с въпросните статии, моля не се колебайте да посетите СВЕЖА НАУКА за повече информация.

razdelitel

FavoriteLoadingДобави в любими

razdelitel

Защо съществува животът? Популярната хипотеза смята за виновници първичния „бульон“, светкавица и невероятен късмет.

Джеръми Ингланд

Джеръми Ингланд

Според нова провокативна теория обаче, късмета няма нищо общо. Вместо това, според физика, развил теорията, зараждането и последващата еволюция на живота следва основен природен закон и не би трябвало да е нещо по-изненадващо от камъни, търкалящи надолу, например.

От гледна точка на физиката, съществува една основна разлика между живите същества и неподвижни купчини от въглеродни атоми – живото същество се оказва, че много по-добре събира енергия от околната среда и я превръща в топлина.

Джереми Ингланд, 31-годишен асистент професор в Масачузетския Технологичен Институт, е развил математическа формула, която според него обяснява тази способност. Формулата е базирана на физиката, и показва, че когато група атоми е подложена на външен източник на енергия, като слънцето или химическо гориво, и обградена от топлина, като океан или атмосфера, в крайна сметка ще се преструктурира, за да може да разсейва все повече енергия. Това може да означава, че при определени обстоятелства материята придобива ключовите атрибути, асоцииращи се като живот.

„Ако започнем със шепа случайни атоми и ги осветяваме достатъчно дълго, не би трябвало да се изненадваме, когато се сдобием с растение.“ – казва Ингланд.

Теорията на Ингланд цели да допълни, а не да замести теорията на Дарвин за еволюцията, като даде описание на живота. Неговата идея се изучава в университети по целия свят, но и предизвиква противоречия, като се смята за противоречива, или гениална, или и двете едновременно. Според Александър Гросбърг, професор по физика от университета в Ню Йорк, Ингланд е открил основния физичен принцип относно произхода и еволюцията на живота.

Юджийн Шакнович, професор по химия в университета Харвард, пък смята, че идеите на Ингланд са интересни и потенциално обещаващи, но на този етап твърде спекулативни, особено що се отнася до феномена живот.

В основата на идеята на Ингланд лежи втория закон на термодинамиката, наричан още закон на ентропията. Енергията се стреми да се разпространява с времето. Ентропията е мярка за тази тенденция, показвайки колко разпространена е енергията измежду частиците в системата и колко разпръснати в пространството са тези частици. Ентропията се повишава, поради простата причина, че има много повече начини за разпространяване на енергия, отколкото за нейното съхранение.

Така, докато частиците се движат и взаимодействат една с друга, те се стремят към конфигурации, при които енергията е разсеяна. В крайна сметка системата достига състояние на максимална ентропия, познато като термодинамично равновесие, при което енергията е разпределена равномерно. Например чаша горещо кафе в крайна сметка ще стане същата температура, като в стаята, в която се намира. Докато кафето и стаята са необезпокоявани, това процес е необратим. Кафето няма изведнъж да се загрее.

Въпреки, че в затворена система ентропията се повишава, при отворена система тя се задържа сравнително ниска, чрез увеличаването на ентропията на заобикалящата среда. Още през 1944 година квантовия физик Ървин Шрьодингер обяснява, че това е нещо, което живите същества трябва да правят. Едно растение, например, абсорбира високо енергийна слънчева светлина, използва я за да създаде захари и излъчва инфрачервена светлина, която е с много по-малка концентрация на енергия. Като цяло ентропията на вселената се повишава по време на фотосинтезата с разсейването на слънчевата светлина, докато растението се предпазва от разложение чрез поддържането на подредена вътрешна структура.

Живота не нарушава втория закон на термодинамиката, но доскоро физиците не са могли да използват термодинамиката за да обяснят защо се заражда живот. По времето на Шрьодингер е било възможно да се реши задача от термодинамиката само в условие на затворена система в равновесие. Поведението на системи, взаимодействащи с околната среда и под влияние на силни източници на енергия е било непредсказуемо.

Джереми Ингланд прилага статистическата физика върху биологията. Системите се поддържат от силен вътрешен източник на енергия, като електромагнитно поле например, и могат да предават топлина на заобикалящата ги среда. Този тип системи са всички живи същества. Подобни системи, оказва се, имат тенденция да еволюират през времето, като повишават своята необратимост. Частиците разсейват повече енергия, когато са задвижвани от вътрешна сила или се движат в посоката, в която са насочвани от тази сила, и е много по-вероятно да се движат именно в тази посока.

„Това означава, че група атоми, заобиколени от флуиди например с определена температура, като атмосфера или океан, с времето ще се реорганизират, за да резонират все по-добре със източниците на механични, електромагнитни или химически влияния в околната им среда.“ – обяснява Ингланд.

Размножаването – процеса, който задвижва еволюцията на Земята, е подобен механизъм, с който една система може да разсейва повишаващи се нива на енергия. Теоретичния минимум на разсейване, който се получава при размножаване на молекули РНК и бактериални клетки, е много близък до фактическите количества, които тези системи разсейват размножавайки се. А РНК, която учените вярват, че е прототип на ДНК-базирания живот, е евтин строителен материал.

Според Ингланд именно ориентираната към разсейване адаптация на материята е принципа, на който се дължи днешната флора и фауна. Учените вече са наблюдавали размножаване при неживи системи. Според изследване от университета Бъркли, Калифорния, вихри в турбулентни флуиди спонтанно се само-репликират, извличайки енергия от заобикалящия флуид. От Харвард предлагат теоретични модели и симулации на микро-структури, които се само-репликират. Тези купчини от микросфери със специално покритие разсейват енергия чрез прихващане на намиращи се наблизо други сфери, формирайки идентична група.

snowflake

Според Ингланд по-висшата структурна организация на системата повишава способността й да разсейва енергия. Едно растение например, се справя много по-добре със улавянето и използването на слънчева енергия от неструктурирана група от същите въглеродни атоми. При определени обстоятелства материята спонтанно ще се реорганизира, обаче. Тази тенденция се наблюдава не само при живите организми, но и при много неподвижни структури.

„Снежинките, пясъчните дюни и водовъртежите са структури, следващи стриктни модели, които се появяват в многочислени системи, задвижвани от някакъв процес на разсейване. Кондензация, вятър и вискозитет са само свързани процеси в тези конкретни случаи.“ – казва Ингланд.

В момента се извършват компютърни симулации за проверка на тази теория. Следващата стъпка са експерименти с живи организми. Теорията може да се изпробва чрез сравнени на клетки с различни мутации в търсене на връзка между количествата енергия, които те разпръскват и скоростта им на възпроизвеждане.

Съществуването на основен принцип на живота и еволюцията би дало на учените една по-голяма перспектива за появяването на структури и функции при живите същества. Естественият подбор не обяснява много неща. Например, може да се установи, че един организъм показва характеристика А, вместо Б, не защото А е по-добра от Б, а защото чисто физически е по-лесно да се еволюира А, отколкото Б.



Видяно 814 пъти



  • 

    Подобни материали

    

    Вашият коментар

    Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *