Paprastai, kai kas nors pradeda kalbėti apie evoliucijos ir fizikos sąveiką, tai yra įžanga į baisų ginčą, kuriuo bandoma teigti, kad evoliucija negali įvykti. Taigi biologai linkę būti šiek tiek atsargūs net rimtiems bandymams kurti teorijas apie dviejų sričių sujungimą.

Tačiau šių metų spalį pasirodė du straipsniai, kuriuose teigiama, kad vienas iš pagrindinių evoliucijos teorijos elementų – atranka – dera su kitomis fizikos sritimis. Abu straipsniai buvo paskelbti prestižiniuose žurnaluose (Nature ir PNAS), todėl jų nebuvo galima trumpai atmesti. Tačiau abu yra labai riboti būdais, kurie galbūt yra jų autorių interesų ir šališkumo rezultatas. Vienas iš jų gali būti prasčiausiai parašytas straipsnis, kurį aš kada nors mačiau dideliame žurnale.

Taigi prisisekite saugos diržus ir pasinerkime į teorinės biologijos pasaulį.

Reikia daugiau surinkimo

Galime pradėti nuo siaubingai parašyto popieriaus. Jame pristatoma surinkimo teorija – potencialiai naudingas mąstymo būdas apie tai, kokios gamtos sąlygos gali padėti Kombinatorinė chemijaDėl to susidaro sudėtingas sudėtingų molekulių mišinys. Tačiau autoriai, kurių daugelis yra chemikai, idėją pristato ne taip.

Pirmajame šio dokumento sakinyje sunku suderinti evoliuciją su fizika: „Mokslininkai stengėsi suderinti biologinę evoliuciją su nekintamais fizikos nustatytais visatos dėsniais“. tai netiesa. Evoliucija puikiai suderinama su fizika, ir mes tai žinome jau seniai. Tai įspūdingai netiesa Jų cituojamas laikraštis Tai pagrįsdamas, jis tik kartą užsimena apie fiziką, norėdamas pasakyti, kad žmonės turi tam tikrų klaidingų nuomonių.

Iš ten reikalai negerėja. „Šie įstatymai [of physics] „Jie palaiko gyvybės kilmę ir evoliuciją bei žmogaus kultūros ir technologijų evoliuciją, tačiau nenumato šių reiškinių atsiradimo“. Tai tiesa ta prasme, kad bet kokį atsirandantį reiškinį pagal apibrėžimą sunku nuspėti remiantis paprastesnių jo komponentų elgesiu, tačiau tai nereiškia, kad mums reikia naujos teorijos, susietos su pagrindine fizika.

Tačiau mes gauname vieną. „Mes pristatome surinkimo teoriją kaip sistemą, kuri nekeičia fizikos dėsnių, o iš naujo apibrėžia „objekto“, kuriame veikia šie dėsniai, sampratą“, – tvirtina autoriai. Tačiau jie niekada to nepadarė, nepaisant straipsnio dalies, pavadintos „Klasteriavimas suvienija pasirinkimą su fizika“. Surinkimo teorijos tikslai gali būti tokie dalykai kaip atomai, kuriuos galima lengvai analizuoti naudojant fizikos dėsnius. Tačiau tai taip pat gali būti neapčiuopiami dalykai, pavyzdžiui, sąvokos, tyrėjai praneša, kad žmonių kalbos ir memai gali būti pritaikyti grupavimo analizei.

Todėl visas „vienijantis pasirinkimas su fizika“ geriausiu atveju blaško dėmesį ir veiksmingai trukdo aiškinti surinkimo teoriją. Atitinkamai, popierius atlieka siaubingą darbą tai paaiškindamas. Tačiau šiek tiek stebėtina, kad teoriją galima lengvai paaiškinti mažiau nei dviejų dešimčių socialinės žiniasklaidos įrašų serijoje, Įrodė Carl Bergstrom.

Fizikos nepaisymas

Kaip pažymi Bergstromas, agregavimo teorija geriausiai veikia, jei apie tai žiūrite chemijos požiūriu. Tarkime, sumaišėte paprastų cheminių medžiagų mišinį ir leiskite jiems sureaguoti. Tikėtinas rezultatas yra polimerų mišinys, kiekvienas surinktas iš atsitiktinio paprastų cheminių medžiagų mišinio. Turėsite daug molekulių ir kiekviena iš jų bus skirtinga. Bet kas, jei tai ne tai, ką matote? Arba galite pastebėti, kad ribotas grupių skaičius buvo labai palankus. Vis tiek bus daug molekulių, tačiau jos visos atitiks vieną iš kelių šablonų.

Tokią situaciją matome su baltymais. Su 20 aminorūgščių, kurios gali jungtis viena su kita bet kokia tvarka, net 50 aminorūgščių ilgio baltymų grupėje gali būti daug atskirų molekulių. Tačiau tiesa ta, kad matome tik nedidelę šio potencialaus telkinio dalį, nes evoliucija atrinko ribotą funkcinių baltymų skaičių.

Surinkimo teorija teigia, kad bet koks molekulių rinkinys gali būti vertinamas kaip minimalių žingsnių, reikalingų jam surinkti, – istorijos, kaip jis ten atsidūrė – ir esamų kopijų skaičiaus, derinys. Kuo ši vertė didesnė, tuo griežtesnė specifikacija, reikalinga jai pagaminti.

Kaip ir tikrieji evoliucijos procesai, tai pripažįsta, kad galutinė populiacija yra istorijos ir nenumatytų aplinkybių, susijusių su pirmaisiais surinkimo žingsniais, rezultatas. Tai gali būti naudinga dviem būdais. Jame pateikiamas metodas, leidžiantis kiekybiškai atskirti atsitiktinai surinktų skirtingų monomerų polimerų mišinius, polimerus, kurie yra daugelio vieno monomero kopijų sujungimo produktas, ir polimerus, pagamintus atrankos būdu. Tol, kol galima išmatuoti žingsnius ir kopijų skaičių, galima išmatuoti atrankos, kuri buvo įtraukta gaminant molekulių rinkinį, kiekį.

Ko ji nedaro, tai suvienija tai su fizika. Autoriai pripažįsta, kad straipsnio turinyje jie rašo, kad „kombinacinės erdvės dabartinėje fizikoje nevaidina svarbaus vaidmens, nes jų objektai modeliuojami kaip taškinės dalelės, o ne kaip kombinaciniai objektai“. „Šis apibrėžimas tam tikru mastu nesuderinamas su standartine fizika, kurioje dominantys objektai laikomi esminiais ir nepalaužiamais. Tačiau tai nesutrukdė jiems santraukoje rašyti visiškai priešingai.

Išdėstykite įstatymą

Antrąjį darbą parašė komanda, kurią sudaro astronomų grupė, ir tai rodo. Jo tikslas yra rasti paraleles tarp atrankos evoliucijoje ir kitų procesų, kurie sukuria sudėtingumą. Jos naudojami pavyzdžiai yra tokie dalykai kaip vis sudėtingesnių elementų mišinių kūrimas žvaigždėse ir didėjantis planetose susidarančių mineralų sudėtingumas – dalykai, kurie labai domina astronomus ir planetų mokslininkus.

Dalis darbo apima šių sistemų panašumų nustatymą. „Sudėtingos sistemos atrodo konceptualiai lygiavertės, nes jos turi tris ryškius bruožus: 1) jas sudaro daugybė komponentų, galinčių kartu priimti daugybę skirtingų konfigūracijų; 2) yra procesų, kurie generuoja daug skirtingų konfigūracijų; ir 3 ) konfigūracijos pirmiausia parenkamos pagal funkciją“, – rašo autoriai. Apskritai visų šių sistemų evoliuciją taip pat lemia energijos išsklaidymas.

Išsami informacija gali skirtis, tačiau autoriai teigia, kad panašumai rodo, kad prigimtinė teisė yra tinkama apibūdinti elgesį. Įstatymas, kurį jie pasiekė, yra:

Daugelio sąveikaujančių agentų sistemos pasižymi didesne įvairove, pasiskirstymu ir (arba) modeliuotu elgesiu, kai kelioms sistemos konfigūracijoms taikomas selektyvus spaudimas.

Bet, žinoma, yra daug dalykų, kurie nėra lygiagrečiai. Evoliucija nuolatos tyrinėja naujas konfigūracijas, o elementų ir mineralų susidarymą riboja atitinkamai fizika ir chemija. Nors šios sistemos gali ištirti skirtingus slėgio ir temperatūros režimus, jos yra labai ribotos, palyginti su biologija. Kaip pripažįsta mokslininkai, „Neseniai atliktas darbas apskaičiavo, kad dabartinės Žemės biosferos sintezės fazės plotas gerokai viršija abiotinės visatos sintezės fazės plotą“.

Nors tai niekada nebuvo tiksliai apibrėžta, autoriai pripažįsta, kad biologijoje, atrodo, yra vadinamoji „funkcinė informacija“. Kitaip tariant, kai kažkas „veikia“, biologija turi galimybę toliau gaminti tą daiktą ir generuoti jo variantus. Nors tai yra šiek tiek panašus į atomo branduolio ar stabilaus metalo atitikmenį, jam trūksta išorinės informacijos, kurią teikia DNR, saugyklos.

Apskritai straipsnis parašytas daug geriau, o jo argumentai, kurie yra šiek tiek ribotesni nei surinkimo teorijos, yra lengviau suprantami. Tačiau tuo pat metu neaišku, ar šie argumentai tikrai patvirtina, kad šių pavyzdžių panašumas yra gilesnis nei konceptualus panašumas.

Ar kas nors iš to naudinga?

Gamtos dėsniai dažniausiai būna naudingi ir konceptualiai, ir empiriškai. Tokie dalykai kaip Niutono judėjimo dėsniai ir Mendelio dėsniai padėjo organizuoti mąstymą taip, kad buvo atlikta daug naudingų eksperimentų, o šie eksperimentai galiausiai padėjo nustatyti atvejus, kai dėsniai sugedo. Tai paskatino tolesnę pažangą, tokią kaip reliatyvumas ir genetika.

Tačiau tokio pobūdžio procesas vyksta šimtmečius, todėl sunku spręsti, ar siūlomu prigimtiniu įstatymu galima pasiekti kažką panašaus. Šiuo metu matau jokių būdų, kaip tai panaudoti beta programinei įrangai perkelti, bet tai nereiškia, kad kas nors galiausiai nesukurs programinės įrangos.

Kai surinkimo teorija vertinama nominalia verte – būdas pažvelgti į sudėtingą chemiją ir jos pasekmes – ji gali būti naudinga, nes yra aiškių būdų, kaip ją vykdyti eksperimentiškai. Kadangi sudėtingų molekulių kūrimas buvo pagrindinė gyvybės kilmės dalis, yra svarbių klausimų, kuriuos galima pritaikyti.

Tačiau jį taip pat siekiama pritaikyti bet kokiam atrankos procesui – ne tik organizmų evoliucijai, bet ir „ląstelių morfologijai, grafikams, vaizdams, kompiuterių programoms, žmonių kalboms, memams ir daugeliui kitų dalykų“, – teigia jį siūlantys žmonės. .

Kai kurių iš šių elementų istoriją galima suprasti pakankamai, kad žinotumėte surinkimo procesą arba įvertintumėte minimalų surinkimui reikalingų žingsnių skaičių. Tačiau neaišku, ar tai įmanoma dėl tokių dalykų kaip evoliucija ar koks nors kitas gyvybės kilmės aspektas. Niekas tiksliai nežino, kokios gyvybės ypatybės buvo pirmųjų ląstelių dalis ar kaip jos buvo surinktos, todėl nėra aišku, ar ten galima panaudoti surinkimo teoriją. Tas pats pasakytina apie visą genų rinkinį, randamą bendrame visų gyvybės formų protėvyje. Atrodo, kad skirtumai tarp giminingų rūšių, pavyzdžiui, žinduolių, daugiausia yra mutacijų, sukeliančių subtilius genų aktyvumo pokyčius, kuriuos sunku nustatyti ir apibūdinti, rezultatas.

Visa tai nereiškia, kad klasterizacijos teorija yra klaidinga, tačiau iššūkis gauti informaciją, reikalingą jai panaudoti, gali svyruoti nuo nepraktiško iki neįmanomo daugeliui svarbių klausimų. Sugalvoti, kaip juos efektyviai panaudoti situacijose, nesusijusiose su chemija, bus tikras iššūkis. Deja, jį siūlantys žmonės teigia, kad jis sprendžia problemas, kurių nėra ir kurių jis negali išspręsti, todėl tikiuosi, kad iššūkis bus daug sunkesnis, nei reikia.

Gamta, 2023 m. DOI: 10.1038/s41586-023-06600-9
PNAS, 2023. DOI: 10.1073/pnas.2310223120 (Apie skaitmeninius ID).