Физика — прекрасная основа для понимания того, как работает Вселенная, но в ее понимании есть несколько пробелов. Одним из них является эволюция.
Хотя биология должна соответствовать физической теории, как и большинство вещей, эта теория до сих пор не смогла предсказать эволюцию, появление черт и культуры.
Поэтому международная группа ученых во главе с физиком-теоретиком Сарой Уокер и химиком Ли Кронином из Университета Глазго нашла способ преодолеть этот разрыв.
Они назвали свою новую теорию «Теорией сборки» и заявляют, что она может помочь в поиске жизни в других мирах.
«Теория сборки дает совершенно новый взгляд на физику, химию и биологию как на разные точки зрения на одну и ту же реальность», — объясняет Сара Уокер.
«С помощью нашей теории мы можем начать сокращать разрыв между редукционистской физикой и дарвиновской эволюцией – это важный шаг на пути к фундаментальной теории, объединяющей инертную и живую материю» (Редукционизм (от лат. reductio — возвращение, приведение обратно) — принцип, согласно которому сложные явления могут быть полностью объяснены с помощью законов, свойственных более простым явлениям).
Ученые предполагают, что это объединение становится очевидным, когда мы рассматриваем объекты не только такими, какие они есть в настоящее время, но и в измерении времени, принимая во внимание не только то, как они сформировались, но и их потенциал к изменению.
Для этого исследователи опирались на свою предыдущую работу, в которой они составили так называемый индекс молекулярной сложности.
Чтобы составить индекс молекулярной сложности, они определили наименьшее количество шагов, необходимых для создания каждого типа молекул, и присвоили им сложность, основанную на количестве этих шагов. Только жизненные и технологические процессы привели к появлению молекул, требующих более 15 этапов сборки.
В своем новом исследовании ученые создали математическую основу для определения того, какой объем отбора требуется для создания сложного объекта – такого как белки, глаза или чешуя – из молекулярных строительных блоков. Это похоже на индекс молекулярной сложности, но в более продвинутом масштабе.
Теория сборки основана на минимальном количестве шагов, необходимых для сборки объекта, его минимальной памяти, а также учитывает количество данного объекта в мире: число его копий.
Число копий важно, потому что по мере увеличения сложности объекта вероятность повторения его существования по счастливой случайности уменьшается. Если только не существует какой-то внешней силы или давления, которые со временем помогут ему бросить вызов шансам. Именно так действует отбор на случайные мутации в процессе эволюции.
Используя полученные основы теории сборки, исследователи смогли теоретически количественно оценить степень отбора и эволюции, необходимую для создания коллекции эволюционировавших объектов, от молекул до клеточных структур.
Но результаты работают не только для существующих объектов. Их также можно использовать для прогнозирования появления новых.
Это означает, что ученые могут применять некоторый уровень предсказуемости к возможности возникновения жизни в определенной системе; например, на спутнике Сатурна Титане, на котором можно найти многие строительные блоки известной жизни.
Команда будет работать над дальнейшим совершенствованием своей работы, чтобы понять, как теория сборки может определять жизнь. Но теорию можно проверить экспериментально, а это означает, что исследователи могут применить ее в лабораторных условиях, чтобы попытаться воссоздать происхождение жизни.
Это означает, что теория может дать ответы не только на возможность жизни в других частях Вселенной, но и на загадку того, как жизнь впервые возникла здесь, на Земле.
«Теория сборки предлагает совершенно новый способ взглянуть на материю, из которой состоит наш мир, определяемую не только неизменяемыми частицами, но и памятью, необходимой для создания объектов путем отбора с течением времени», — говорит Ли Кронин.
«При дальнейшей работе этот подход может трансформировать области от космологии до информатики. Он представляет собой новый рубеж на стыке физики, химии, биологии и теории информации».
Исследование опубликовано в журнале Nature.