новые идеи
Для физика Джереми Ингленда из Массачусетского технологического института возникновение жизни « столь же предсказуемо, как тенденция камня к падению вниз ».
Давайте подумаем, предлагает учёный, чтó с физической точки зрения отличает неживые углеродосодержащие молекулы от живых: вторые лучше справляются с поглощением энергии из окружающей их среды и её рассеиванием в виде тепла. Заметим, что, по всей видимости, с такими задачами иногда может справиться и сажа, однако эффективность жизни в данном направлении всё же действительно высока.
Попробовав представить отличия живого от неживого в формулах, Ингленд пришёл к выводу, что группа атомов, на которую действуют сторонние источники энергии( солнечные лучи, наличие химического топлива) и которая окружена тепловой баней( океан, атмосфера), часто будет постепенно реструктурировать себя, с тем чтобы рассеивать всё больше и больше энергии. Таким образом, при определённых условиях материя непременно приобретёт ключевые физические атрибуты, ассоциирующиеся с жизнью.
Если совсем заострить, что Джереми и делает, то получается следующее: « Вы начинаете со случайным комком атомов, на который светите довольно долгое время, и не стоит слишком удивляться, если он внезапно станет растением ».
Легко понять, что часть коллег Ингленда отнеслась к его работе как к весьма неопределённой, другая – как к прорывной, а некоторые считают, что ей присущи обе эти черты. Так, Евгений Шахнович из Гарвардского университета полагает её глубоко спекулятивной, по крайней мере на сегодняшнем этапе. Да, формула, описывающая поведение материи в некоторых условиях, работает. Но является ли такое стремление атомов лучше рассеивать энергию гарантией развития процесса, ведущего к зарождению жизни?..
Идея Джереми Ингленда в основе своей проста: второй закон термодинамики, энтропия со временем растёт, горячее остывает, яйца проклёвываются, но наоборот не бывает, и так далее. Пока энергия распределена в системе неравномерно, согласно теории вероятностей, путей для дальнейшего рассеивания у неё больше, чем для концентрации. И хотя в теории остывающий кофе может с некоторой вероятностью спонтанно вновь нагреться, на деле это столь невозможно, что ничего подобного и не случается.
Хотя энтропия всегда должна возрастать со временем, чётко это можно видеть в основном в закрытых системах, благо в их открытых аналогах энергия может оставаться распределённой между атомами неравномерно за счёт канализирования энтропии вовне, в пространство, окружающее открытую систему.
В 1944 году Эрвин Шрёдингер(« Что есть жизнь?») заявил: это именно то, что делают живые существа, чтобы поддержать своё существование. Во время фотосинтеза энтропия во Вселенной в целом растёт, а вот растение предохраняет себя от распада, поддерживая упорядоченную внутреннюю структуру. Из « всему миру ли провалиться, мне ли чаю не пить » оно выбирает первое.
Однако во времена Шрёдингера уравнения термодинамики решались только для закрытых систем, находящихся к тому же в состоянии термодинамического равновесия. Излишне говорить, что жизнь возникла вовсе не в них.
ВЫЧИСЛИЛИ ПО СЛОВАМ
Специалисты выяснили, какие слова наиболее часто употребляют люди, страдающие депрессией.
В ходе эксперимента было проанализировано тысячи сообщений на форумах, посты в соцсетях и онлайн-дневники, принадлежащие пользователям с диагностированной депрессией. Оценивались как самые часто встречающиеся слова, так и лексическое разнообразие, длина предложений, типичные грамматические конструкции и другие параметры.
Оказалось, что больные депрессией предпочитают прилагательные и наречия, связанные с негативными эмоциями, такие как « одинокий », « грустный », и « жалкий ». Чаще всего они используют местоимения « я » и « меня » и намного реже местоимения второго и третьего лица. По словам исследователей, это верный признак депрессии, так как больные
www. russiantown. com
В 1960-х Илья Пригожин до некоторой степени преуспел в предсказании поведения открытых систем, в слабой степени управляемых внешними энергетическими источниками( Нобелевская премия 1977 года). Увы, жизнь возникла там, где до термодинамического равновесия было далеко, а воздействие внешних энергетических источников – исключительно сильно, предсказания же в такой среде мы делать всё ещё не умели.
В 1990-е благодаря американцам Крису Жарзински и Гэвину Круксу всё изменилось. Было показано, что энтропия термодинамического процесса( остывание кофе) соответствует простому соотношению: вероятность того, что атомы пройдут через этот процесс, делённая на вероятность того, что они пойдут в противоположном направлении( что чашка, напротив, случайно нагреется). По мере возрастания продуцирования энтропии это соотношение растёт: поведение системы становится всё более « необратимым », а вероятность самозакипания кофе в чашке неумолимо падает.
По идее, такому видению всё равно, насколько далека от термодинамического равновесия среда, в которой протекает процесс.
Собственно, Джереми Ингленд лишь добавил в этот подход сильное влияние внешнего источника( электромагнитные волны) и способность отдавать тепло вовне – качества, присущие тому классу систем, в который входят и живые организмы, и неживые материалы, встречающиеся на поверхности Земли.
Неживые частицы склонны рассеивать больше энергии, когда они находятся в резонансе с внешним источником энергии или двигаются в направлении, в котором их толкает внешняя сила. В конечном счёте они больше « склонны » двигаться в этом направлении, чем в любом другом.
замыкаются на собственных переживаниях и теряют связь с миром.
Исследователи также встретили в изученном материале обилие категоричных суждений вроде « всегда », « ничего » и « совершенно ». Ученые объясняют это тем, что больные депрессией и тревожным расстройством люди видят мир без полутонов. Чаще всего такие слова используют потенциальные самоубийцы.
Ученые надеются, что результаты исследования можно использовать, чтобы обучить компьютеры выявлять депрессивных людей и классифицировать их по проблемам: будь то низкая самооценка, излишний перфекционизм или повышенная тревожность. Таким образом они планируют находить и предотвращать потенциальных самоубийц.
Согласно оценкам ВОЗ, от депрессии страдает около 300 миллионов человек в мире.
ПОЧЕМУ
С У Щ Е С Т В УЕТ Ж И З Н Ь
« Группы атомов, окруженные тепловой баней определённой температуры, как и в случае атмосферы или океана, со временем будут переупорядочивать себя так, чтобы всё лучше « резонировать » с источником механической, электромагнитной или химической работы в своём окружении », – поясняет Ингленд.
Самовоспроизведение – процесс, который принёс на Землю всю населяющую её сегодня жизнь, – один из таких механизмов, посредством которого система может рассеивать возрастающее количество энергии с течением времени. « Отличный способ рассеивания энергии – это производство большого числа копий себя самого », – говорит учёный.
В сентябрьском( 2013) номере Journal of Chemical Physics исследователь показал, что теоретический минимум рассеивания, происходящего при самовоспроизведении молекул РНК и бактерий, очень близок к реальным количествам, которые эти системы рассеивают при воспроизводстве. При этом именно РНК( по всей видимости – предшественник ДНК-жизни) является особенно « дешёвым » в энергетическом смысле строительным материалом, что и предопределило её « победу ».
Джереми подчёркивает: некоторые явления неживой природы могут быть обусловлены тем же процессом адаптации материи по линии максимального рассеивания энергии. « Многие примеры могут быть прямо у нас под носом, но из-за того, что мы не искали их, мы их и не видим », – считает физик.
Кстати, недавно появились работы, согласно которым вихри в турбулентных жидкостях воспроизводят себя спонтанно, заимствуя энергию у сдвига слоёв окружающей их среды. В другом случае опыты со скоплениями микросфер показывают их склонность рассеивать энергию, связывая близкие сферы в такие же кластеры( самовоспроизводство). Сам учёный считает, что снежинки, дюны, вихри имеют много общего в том смысле, что все они обладают повторяющейся структурой, которая возникает в многосоставных системах, приводимых в движение процессом рассеивания энергии. В случае с опытами над бактериями не следует также забывать, что « бывают и просто мутации », причём способные влиять сразу на много факторов, и не всегда надо торопиться с определением ведущего.
Проверить все эти идеи не так-то просто: процесс возникновения жизни из кучи атомов не должен быть быстрым. С другой стороны, частично концепцию всё-таки можно испытать – соотнеся эффективности рассеивания энергии мутантными линиями живых клеток со скоростью их размножения. Если они и впрямь коррелируются, Ингленд получит как минимум косвенное доказательство своей правоты. В то же время и здесь нужна осторожность: когда вам жарко, вы начинаете обмахиваться газеткой, но это можно трактовать не только как простое стремление кучи атомов в лице Пети Иванова усилить рассевание энергии в окружающем пространстве.
Если эта точка зрения подтвердится, многие мучительные вопросы вроде « зачем организму X нужна черта Y » перестанут быть таковыми: общие закономерности по росту эффективности рассеивания энергии способны объяснить ряд черт тех или иных организмов без их притягивания за уши к часто сомнительному статусу эволюционного преимущества. фото
3( 175) март 2018 49