Dlaczego życie to fizyka, a nie chemia

W historii nauki jest wiele przykładów prostych zmian perspektywy, które prowadzą do głębokiego wglądu w naturę kosmosu. Wynalezienie teleskopu jest być może jednym z przykładów. Innym jest uświadomienie sobie, że energia chemiczna, energia termodynamiczna, energia kinetyczna i tym podobne są przejawami tego samego. Z pewnością możesz podać tutaj swoje ulubione instancje.

Jednym z ważniejszych przykładów w nauce XX wieku jest to, że biologia jest wynikiem ewolucji, a nie odwrotnie. W ten sposób, jeśli myślenie, ewolucja jest procesem, a nawet algorytmem; aczkolwiek z niewyobrażalną mocą. Wykorzystaj ewolucję, a niewiele możesz osiągnąć.

W ostatnich latach informatycy zaczęli wykorzystywać niesamowitą moc ewolucji. Jedną z rzeczy, których doświadczają raz po raz, jest ślepy postęp ewolucji. Uruchom algorytm genetyczny, a będzie on badał krajobraz ewolucyjny w poszukiwaniu lokalnych minimów. Kiedy je znajdzie, nie wiadomo, czy jest to najlepsze z możliwych rozwiązań, czy też znajduje się w odległości dotknięcia ewolucyjnej otchłani, która reprezentuje rozwiązanie o zupełnie innym rzędzie wielkości.

To wskazuje na możliwość, że życie, tak jak ewoluowało na Ziemi, jest tylko lokalnym minimem w rozległym krajobrazie ewolucyjnych możliwości. Jeśli tak jest, biolodzy badają żałośnie mały ułamek czegoś większego. Znacznie większy.

Dziś, dzięki fascynującej pracy Nigela Goldenfelda i Carla Woese z University of Illinois, uzyskujemy ważny wgląd w ten stan rzeczy. Goldenfeld jest fizykiem z wykształcenia, podczas gdy Woese, również fizyk, jest jedną z wielkich rewolucyjnych postaci w biologii. W latach 70. zdefiniował nowe królestwo życia, Archae, i opracował teorię pochodzenia życia zwaną hipotezą świata RNA, która zyskała dużą sławę lub rozgłos w zależności od twojego punktu widzenia.

Razem sugerują, że biolodzy muszą myśleć o swojej dziedzinie w radykalnie nowy sposób: jako o gałęzi fizyki materii skondensowanej. Ich podstawowym przypuszczeniem jest to, że życie jest zjawiskiem emergentnym, zachodzącym w systemach, które są daleko poza równowagą. Jeśli przyjmiecie to założenie, od razu pojawiają się dwa pytania: jakie prawa opisują takie systemy i jak mamy się do nich dostać.

Goldenfeld i Woese twierdzą, że zamknięty sposób myślenia biologów na ten temat wyraża się w zdaniu: całe życie to chemia. Mówią, że nic nie może być dalsze od prawdy.

Mają ciekawą analogię, która może pomóc w przedstawieniu ich sprawy: przykład nadprzewodnictwa. Łatwo byłoby przyjrzeć się nadprzewodnictwu i wyobrazić sobie, że można je w pełni wytłumaczyć właściwościami elektronów, które przechodzą do iz zewnętrznych orbitali atomowych. Możesz pójść dalej i powiedzieć, że nadprzewodnictwo to wszystkie atomy i chemia.

A jednak prawdziwe wyjaśnienie jest o wiele ciekawsze i głębsze. Okazuje się, że wiele problemów związanych z nadprzewodnictwem wyjaśnia teoria, która opisuje związek między polami elektromagnetycznymi a porządkiem dalekiego zasięgu. Kiedy symetria w tej relacji się załamie, wynikiem jest nadprzewodnictwo.

I dzieje się to nie tylko w materiałach na Ziemi. Ten rodzaj łamania symetrii pojawia się w innych egzotycznych miejscach, takich jak jądra gwiazd kwarkowych. Nadprzewodnictwo jest zjawiskiem emergentnym i ma niewiele wspólnego z zachowaniem atomów. Chemik byłby oszołomiony.

Według Goldenfelda i Woese życie jest jak nadprzewodnictwo. Jest to zjawisko emergentne i musimy zrozumieć podstawowe prawa fizyki rządzące jego zachowaniem. W konsekwencji tylko dyscyplina zbliżona do fizyki może ujawnić takie prawa, a biologia, którą praktykuje się dzisiaj, nie należy do tej kategorii.

To odważny i prowokacyjny pomysł, który może nie być całkowitym zaskoczeniem dla najnowszego pokolenia biofizyków. Dla innych powinno to być wezwanie do broni.

Z zainteresowaniem przyjrzymy się wynikom.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1011.4125 : Life Is Physics: Ewolucja jako wspólne zjawisko dalekie od równowagi

ukryć