Ilgu laiku tika uzskatīts, ka dzīve pakļaujas saviem noteikumiem. Bet tā kā vienkāršām sistēmām ir dabiskas uzvedības pazīmes, zinātnieki diskutē par to, vai šī šķietamā sarežģītība ir tikai termodinamikas sekas.
Kāda ir atšķirība starp fiziku un bioloģiju? Paņemiet golfa bumbiņu un lielgabala lodes un metiet tos nost no Pizas pavērsiena torņa. Fizikas likumi ļauj tik precīzi paredzēt to krišanas trajektorijas, ka nevarat novēlēt labāko.
Tagad atkal veiciet to pašu eksperimentu, bet lielgabala logu nomainiet ar balodi.
Protams, bioloģiskās sistēmas nepakļaujas fizikas likumiem, bet acīmredzot pēdējie arī nespēj paredzēt savu uzvedību. Biosistēmas atšķiras ar to, ka tās ir mērķtiecīgas, lai izdzīvotu un vairotos. Var teikt, ka viņiem ir mērķis - vai tas, ko filozofi tradicionāli dēvē par teleoloģiju -, kas vada viņu izturēšanos.
Līdzīgi, pamatojoties uz Visuma stāvokli sekundē miljardā sekundes pēc Lielā sprādziena, tagad fizika ļauj mums paredzēt, kā šodien izskatās mūsu Visums. Bet neviens nedomā, ka pirmo primitīvo šūnu parādīšanās uz Zemes paredzami izraisīja cilvēces rašanos. Liekas, ka evolūcijas gaitu nediktē likumi.
Pēc evolūcijas biologa Ernsta Maira teiktā, teleoloģija un bioloģijas vēsturiskā kondicionēšana padara to par unikālu zinātņu jomā. Abas šīs pazīmes, iespējams, rodas no vienīgā bioloģijas pamatprincipa - evolūcijas. Tam ir nejaušs un patvaļīgs raksturs, taču dabiskā atlase tai piešķir nodoma un mērķa izskatu. Dzīvniekus pievelk ūdenim nevis kaut kāda magnētiskas pievilcības ietekmē, bet gan instinkta, vēlmes izdzīvot dēļ. Kājas, cita starpā, kalpo, lai mūs aizvestu pie ūdens.
Mairs apgalvoja, ka šīs pazīmes padara bioloģiju par izņēmuma zinātni - neatkarīgu likumu. Tikmēr nesenie sasniegumi līdzsvara fizikā, sarežģīto sistēmu teorijā un informācijas teorijā izaicina šo viedokli.
Ja dzīvās lietas mēs uzskatām par aģentiem, kas veic aprēķinus - vāc un glabā informāciju par neparedzamu vidi -, tad viņu spējas un ierobežojumus, piemēram, reproducēšanu, adaptāciju, darbību, mērķi un nozīmi, var saprast nevis kā evolucionāras improvizācijas radītas, bet gan kā fizisko likumu neizbēgamas sekas. … Citiem vārdiem sakot, kaut kāda veida fizika, šķiet, ir būtņu aktivitātes un to attīstības šajā virzienā pamatā. Jēga un nodoms - kas tika uzskatīti par dzīvo sistēmu raksturojošajiem raksturlielumiem - pēc tam dabiski varētu rasties no termodinamikas un statistiskās mehānikas likumiem.
Reklāmas video:
Pagājušā gada novembrī fiziķi, matemātiķi un datorzinātnieki tikās ar evolūcijas un molekulārajiem biologiem, lai runātu - un dažreiz arī iebilstu - par šīm idejām seminārā Santa Fe institūtā Ņūmeksikā, zinātnieku meka, kas strādā pie "Kompleksās sistēmas". Tika izvirzīts šāds jautājums: cik īpaša (vai ne) zinātniskā disciplīna ir bioloģija?
Nav pārsteidzoši, ka viedokļi ir atšķirīgi. Bet viena doma izklausījās ļoti skaidra: ja aiz bioloģiskajiem faktoriem un teleoloģijas ir noteikta fizika, tad tai jātiek galā ar to pašu jēdzienu, kas, šķiet, ir kļuvis par galveno pamata fizikā: informāciju.
Traucējumi un dēmoni
Pirmie mēģinājumi ieviest informāciju un nodomu termodinamikas likumos tika veikti 19. gadsimta vidū, kad skotu zinātnieks Džeimss Klerks Maksvels izgudroja statistisko mehānismu. Maksvels parādīja, kā, ieviešot šīs divas sastāvdaļas, šķita, ka ir iespējams darīt lietas, kuras termodinamika pasludināja par neiespējamām.
Līdz tam Maksvels jau bija parādījis, kā no nejaušām un nesaprotamām neskaitāmu molekulu kustībām, kas drudžaini saduras siltumenerģijas ietekmē, varēja secināt un ticamas matemātiskas attiecības starp gāzes īpašībām - spiedienu, tilpumu un temperatūru. Citiem vārdiem sakot, termodinamika - jaunā zinātne par siltuma plūsmu, iekļaujot tādas milzīgas vielas kā spiediens un temperatūra - bija statistiskās mehānikas rezultāts molekulu un atomu mikroskopiskā līmenī.
Saskaņā ar termodinamiku, spēja iegūt noderīgu darbu no Visuma enerģijas resursiem pastāvīgi samazinās. Enerģijas centri tiek samazināti, siltuma recekļi pakāpeniski izzūd. Jebkurā fiziskā procesā daļa enerģijas neizbēgami tiek izkliedēta bezjēdzīga siltuma veidā, kas tiek zaudēta starp nejaušām molekulu kustībām. Šo nejaušību mēra ar termodinamisko lielumu, ko sauc par entropiju - traucējumu rādītāju -, kas nepārtraukti pieaug. Šis ir otrais termodinamikas likums. Galu galā viss Visums tiks samazināts līdz vienmērīgam nesakārtotam maisījumam: līdzsvara stāvoklim, kurā entropija ir maksimāla un nekas nozīmīgs nekad nenotiks.
Vai tiešām mēs gaidām tik drūmu likteni? Maksvels tam nevēlējās ticēt, un 1867. gadā zinātnieks sev izvirzīja uzdevumu “caurumot caurumu” otrajā likumā. Viņa mērķis bija paņemt gāzes konteineru, kurā molekulas patvaļīgi pārvietojas, un pēc tam atdalīt ātrās molekulas no lēnajām, tādējādi samazinot entropiju.
Iedomājieties mikroskopisku būtni - fiziķis Viljams Tomss vēlāk viņu drīzāk sauktu par Maksvela drausmīgo dēmonu -, kurš spēj redzēt katru molekulu traukā. Dēmons sadala trauku divos nodalījumos, un nodalījumā starp tiem ir bīdāmās durvis. Katru reizi, kad viņš redz īpaši ātru molekulu, kas tuvojas durvīm no labā nodalījuma, viņš atver durvis, lai ļautu tām pa kreisi. Katru reizi, kad lēna, "auksta" molekula tuvojas durvīm no kreisās puses, viņš to arī izlaiž uz otru pusi. Noslēgumā viņam ir trauks ar nodalījumu aukstai gāzei labajā pusē un karstu gāzi kreisajā pusē: siltuma akumulators, ko var izmantot, lai paveiktu darbu.
Tas ir iespējams tikai divos gadījumos. Pirmkārt, dēmonam ir vairāk informācijas nekā mums: viņš var redzēt visas molekulas atsevišķi, un ne tikai statistiski vidējos rādītājus. Un, otrkārt, tam ir nodoms: plāns atdalīt karstu no aukstuma. Izmantojot savas zināšanas konkrētam mērķim, viņš var apstrīdēt termodinamikas likumus.
Vismaz tā likās. Pagāja simts gadi, lai saprastu, kāpēc Maksvela dēmons nevar īsti sagraut otro likumu un novērst tā neizbēgamo slīdēšanu uz letālo vispārējo līdzsvaru. Iemesls tam ir pierādījumi par dziļu saistību starp termodinamiku un informācijas apstrādi vai, citiem vārdiem sakot, aprēķinu. Vācu un amerikāņu fiziķis Rolfs Landauers ir parādījis, ka pat tad, ja dēmons var savākt informāciju un (izvairoties no berzes) virzīt durvis bez enerģijas tērēšanas, agrāk vai vēlāk tas joprojām tiks rēķināts. Tā kā viņa atmiņa, kurā tiek glabāta informācija par katru molekulu kustību, nevar būt neierobežota, viņam tas laiku pa laikam būs jātīra - tas ir, jāizdzēš jau redzētais un jāsāk viss no jauna - pirms viņš var turpināt uzkrāt enerģiju. Šī informācijas noņemšanas darbība rada neizbēgamas izmaksas: tā izkliedē enerģiju un tādējādi palielina entropiju. Visus gudrā dēmona piedāvātos argumentus pret otro likumu pārsvītro Landauera robeža: informācijas dzēšanas (vai vispārīgāk informācijas konvertēšanas no vienas formas uz otru) galīgās izmaksas.
Dzīvie organismi ir nedaudz līdzīgi Maksvela dēmonam. Kamēr vārglāze, kas pilna ar ķīmiskām vielām, savstarpēji reaģējot, galu galā patērēs savu enerģiju un nonāks garlaicīgā stāstā un līdzsvarā, dzīvās sistēmas no dzīves sākuma kolektīvi aptuveni trīsarpus miljardu gadu laikā izbēga no nedzīva līdzsvara stāvokļa. Viņi uzkrāj enerģiju no vides, lai uzturētu šo līdzsvara stāvokli, un viņi to dara ar "nodomu". Pat vienkāršas baktērijas pārvietojas ar "mērķi": uz siltuma un pārtikas avotiem. Viņa 1944. gada grāmatā Kas ir dzīve? fiziķis Ervins Šrēdingers izteica šo ideju, sakot, ka dzīvie organismi barojas ar "negatīvu entropiju".
Pēc Šrēdingera teiktā, viņi to panāk, vācot un uzglabājot informāciju. Daļa šīs informācijas tiek kodēta viņu gēnos un tiek nodota no paaudzes paaudzē: instrukciju komplekts negatīvas entropijas savākšanai. Schrödinger nezināja, kur informācija tiek glabāta vai kā tā tiek kodēta, taču viņa intuīcija viņam teica, ka tā ir uzrakstīta tajā, ko viņš definē kā “aperiodisko kristālu”, un šī ideja kalpoja par iedvesmu Franciskam Krikam, viņa galvenā specialitātes fiziķim., un Džeimss Vatsons, kurš 1953. gadā saprata, kā ģenētisko informāciju var iekodēt DNS molekulas molekulārajā struktūrā.
Tādējādi genoms vismaz daļēji ir noderīgu zināšanu reģistrs, kas ļāva organisma senčiem - jau tālā pagātnē - izdzīvot uz mūsu planētas. Kā saka Deivids Volperts, matemātiķis un fiziķis Santa Fe institūtā, kas sponsorēja neseno semināru, un viņa kolēģis Artemijs Kolčinskis, galvenais ir tas, ka labi adaptētie organismi nodibina attiecības ar šo vidi. Ja baktērijai tiek garantēts peldēt pa kreisi vai pa labi, kad ir pārtikas avots šajā virzienā, tā ir labāk pielāgota un attīstīsies veiksmīgāk nekā tā, kas peld patvaļīgos virzienos un tāpēc pārtiku atrod tikai nejauši. Korelācija starp organisma stāvokli un vides stāvokli nozīmē, ka viņi apmainās ar vispārēju informāciju. Volperts un Kolčinskis apgalvoka tieši šī informācija palīdz ķermenim izvairīties no līdzsvara - jo, tāpat kā Maksvela dēmons, viņš var pielāgot savu uzvedību, lai darbu atdalītu no vides nestabilitātes. Ja viņš nesaņemtu šo informāciju, ķermenis pakāpeniski nonāktu līdzsvara stāvoklī, tas ir, līdz nāvei.
No šī viedokļa dzīvi var uzskatīt par skaitļošanas procesu, kura mērķis ir optimizēt nozīmīgas informācijas glabāšanu un izmantošanu. Un dzīve, kā izrādās, šajā ir ļoti veiksmīga. Landauera risinājums Maksvela dēmona mīklai noteica absolūtu zemāko enerģijas daudzuma robežu, kas nepieciešama ierobežotai atmiņas skaitļošanas sistēmai, proti, aizmirstības enerģijas izmaksas. Labākie datori mūsdienās ir nesalīdzināmi izšķērdīgāki: parasti tie patērē un patērē miljons reizes vairāk enerģijas. Tomēr, kā saka Wolpert, "pēc viskonservatīvākajiem aprēķiniem šūnas veiktā kopējā skaitļošanas procesa termodinamiskā efektivitāte ir tikai apmēram 10 reizes lielāka par Landauera robežu".
Tas nozīmē, ka “dabiskā atlase ir īpaši saistīta ar aprēķinu termodinamisko izmaksu samazināšanu. Viņš darīs visu iespējamo, lai samazinātu kopējo aprēķinu skaitu, kas šūnai jāveic. Citiem vārdiem sakot, šķiet, ka bioloģija (izņemot iespējamo, izņemot sevi) veic aktīvus pasākumus, lai netraucētu pārdzīvot. Šis jautājums par izmaksām un ieguvumiem, aprēķinot paša organisma ceļu caur dzīvi, viņš saka, bioloģijā līdz šim ir lielā mērā ignorēts.
Nedzīvs darvinisms
Tādējādi dzīvos organismus var uzskatīt par objektiem, kas ar informācijas palīdzību pielāgojas videi, absorbējot enerģiju un tādējādi novirzoties no līdzsvara. Protams, tas ir ļoti svarīgs paziņojums. Bet ņemiet vērā, ka tas neko nesaka par gēniem un evolūciju, no kuras daudzi biologi, ieskaitot Maijeru, ir pieņēmuši, ka bioloģiskie nodomi un mērķi ir atkarīgi.
Cik tālu šāda ideja var mūs aizvest? Gēni, ko slīpē dabiskā atlase, neapšaubāmi, ir bioloģijā. Bet vai tas var būt, ka evolūcija, ko veic dabiskā atlase, pati par sevi ir tikai īpašs vispārīga imperatīva gadījums attiecībā uz funkciju un šķietamo mērķi, kas pastāv tīri fiziskā visumā? Viss sāk izskatīties šādi.
Adaptācija jau sen tiek uzskatīta par Darvinijas evolūcijas pazīmi. Tikmēr Džeremijs Anglija no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta apgalvo, ka adaptācija vidē var notikt pat sarežģītās, nedzīvojošās sistēmās.
Adaptācijai šeit ir konkrētāka nozīme nekā parastajam darviniešu uzskatam par organismu, jo tas ir labi aprīkots ar izdzīvošanas līdzekļiem. Darviniešu teorijā ir viena pieķeršanās: mums ir tikai spēja precīzi definēt labi pielāgotu organismu. "Spēcīgākie" ir tie, kas ir labāk pielāgoti, lai izdzīvotu un vairotos, bet mēs nevaram paredzēt, kas vajadzīgs dotajai sagatavotībai. Vaļi un planktons ir labi pielāgoti jūras dzīvībai, taču tādā veidā, ka starp tiem gandrīz nav nekā kopīga.
Anglijas definīcija “adaptācija” ir tuvāk Šrēdingera un faktiski Maksvela definīcijai: labi pielāgots objekts var efektīvi absorbēt enerģiju no neparedzamas, mainīgas vides - piemēram, cilvēks, kurš kuģa kuģa aprites laikā spēj stāvēt uz kājām, kad visi citi nokrīt, jo tas ir labāk pielāgots klāja vibrācijām. Izmantojot statistiskās mehānikas jēdzienus un metodes nesabalansētā vidē, Anglija un viņa kolēģi apgalvo, ka tieši šīs labi pielāgotās sistēmas absorbē un izkliedē vides enerģiju, ģenerējot procesā entropiju.
Saka, ka sarežģītām sistēmām ir tendence ar pārsteidzošu vieglumu iekļūt šajos labi noregulētajos stāvokļos, saka Anglija: "Termiski vibrējošās vielas bieži var spontāni sabrukt formās, kas labi absorbē laiku mainīgā vidē."
Nekas šajā procesā neietver pakāpenisku pielāgošanos videi, izmantojot darvinīniskos reproducēšanas, mutācijas un īpašību pārmantošanas mehānismus. Pavisam nav replikācijas. "Tas ir, kad mēs sniedzam fizisku pārskatu par dažu šķietami pielāgotu struktūru izcelsmi, mēs redzam, ka viņiem nav jābūt vecākiem parastajā bioloģiskajā izpratnē - un šie atradumi ir neticami aizraujoši," saka Anglija. "Evolucionāro pielāgošanos var izskaidrot ar termodinamiku, pat tajos kuriozajos gadījumos, kad nav pašreplikatoru un darvinistu loģika sabrūk." Ja, protams, attiecīgā sistēma ir sarežģīta, elastīga un pietiekami jutīga, lai reaģētu uz apkārtējās vides izmaiņām.
Tomēr starp fizisko un darviniešu adaptāciju nav konfliktu. Faktiski pēdējo var uzskatīt par pirmā gadījuma īpašu gadījumu. Ja notiek atkārtošanās, dabiskā atlase kļūst par ceļu, pa kuru sistēmas iegūst spēju absorbēt darbu - negatīvo Šrēdingera entropiju - no apkārtējās vides. Pašreprodukcijas mehānisms patiesībā ir īpaši labs sarežģītu sistēmu stabilizēšanai, un tāpēc nav jābrīnās, ka tieši to izmanto bioloģija. Bet nedzīvajā pasaulē, kur replikācija parasti nenotiek, labi pielāgotas izkliedējošas struktūras mēdz būt ļoti organizētas struktūras, piemēram, viļņaini smilšu un kāpu slāņi, kas izkristalizējas no gadījuma rakstura smilšu un vēja dejām. No šī viedokļaDarviniešu evolūciju var uztvert kā vispārīga fiziska principa, kas regulē līdzsvara sistēmas, konkrētu piemēru.
Prognozēšanas mehānismi
Šī izpratne par sarežģītām struktūrām, pielāgojoties mainīgai videi, ļauj mums arī izdarīt dažus secinājumus par to, kā šīs struktūras glabā informāciju. Īsāk sakot, tā kā šādas struktūras - dzīvo vai ne - ir spiestas efektīvi izmantot pieejamo enerģiju, tās, visticamāk, kļūs par "prognozēšanas mehānismiem".
Dzīves galvenā iezīme, iespējams, ir fakts, ka bioloģiskās sistēmas maina savu stāvokli, reaģējot uz kaut kādiem ārējās vides vadības signāliem. Kaut kas notiek - tu uz to atbildi. Augi tiek piesaistīti gaismai vai rada toksīnus, reaģējot ar patogēniem. Šie vides signāli parasti nav prognozējami, bet dzīvās sistēmas mācās no savas pieredzes, vācot informāciju par savu vidi un izmantojot to, lai nākotnē veidotu savu uzvedību. (Gēni, šajā skatā, tikai sniedz jums visvienkāršākos vispārējas nozīmes elementus.)
Tiesa, šī prognoze nav kaut kas papildinošs. Saskaņā ar Havanas Universitātes Susanne Still Still, Kalifornijas Lawrence Berkeley Nacionālās laboratorijas bijušā darbinieka Gavina Crooks un viņu kolēģu pētījumiem, spēja paredzēt nākotni šķiet būtiska jebkurai energoefektīvai sistēmai izlases veidā. mainīga vide.
Joprojām un viņas kolēģi rāda, ka tādas informācijas glabāšana par pagātni, kas nav vērtīga nākotnes prognozēšanai, ir saistīta ar termodinamiskām izmaksām. Lai sistēma būtu pēc iespējas efektīvāka, tai jābūt selektīvai. Ja viņa visu atcerēsies bez izšķirības, tad viņa cietīs lielus enerģijas zaudējumus. No otras puses, ja viņa vispār neuzņemas rūpes par vismaz kaut kādas informācijas par savu vidi glabāšanu, viņai visu laiku būs jāpieliek daudz pūļu, lai tiktu galā ar negaidīto. “Termodinamiski optimālam mehānismam vajadzētu līdzsvarot atmiņu un prognozes, samazinot nostalģiju - bezjēdzīgu informāciju par pagātni,” saka līdzautors Deivids Sivaks, kurš šobrīd ir Simona Freizera universitātē Barnabijā, Britu Kolumbijā. Īsi sakot,viņam jāiemācās uzkrāt jēgpilnu informāciju - to, kas, visticamāk, būs noderīga turpmākajai izdzīvošanai.
Var gaidīt, ka dabiskā atlase veicina energoefektīvus organismus. Bet pat atsevišķām biomolekulārām ierīcēm, piemēram, sūkņiem un motoriem mūsu šūnās, kaut kādā veidā ir jāmācās no pagātnes, lai paredzētu nākotni. Joprojām sacīja, ka šīm ierīcēm, lai panāktu ievērojamo efektivitāti, tām "netieši jākonstruē bagātīga izpratne par parādībām, ar kurām viņi saskārušies līdz tam, kas ļautu tām paredzēt turpmākos notikumus".
Nāves termodinamika
Pat ja dažas no šīm dzīvu sistēmu informācijas apstrādes galvenajām iezīmēm, ja nav evolūcijas vai atkārtošanās, jau rodas nesabalansētas termodinamikas dēļ, var pieņemt, ka evolūcijai ir jānodrošina sarežģītākas funkcijas - piemēram, rīku izmantošana vai sociālā sadarbība.
Bet ar to arī nevajadzētu rēķināties. Šo izturēšanos, ko parasti uzskata par evolucionāri attīstītas nišas ekskluzīvu sfēru, kurā ietilpst primāti un putni, var simulēt, izmantojot vienkāršu mijiedarbojošos daļiņu modeli. Viltība ir tāda, ka sistēmu kontrolē ierobežojums: tā darbojas tādā veidā, lai maksimāli palielinātu entropijas daudzumu (šajā gadījumā to nosaka, ņemot vērā dažādus iespējamos ceļus, pa kuriem daļiņas varētu pārvietoties), ko tā ģenerē noteiktā laika periodā.
Entropijas maksimizēšana jau sen tiek uzskatīta par bez līdzsvara sistēmu iezīmi. Bet šī modeļa sistēma pakļaujas likumam, kas tai ļauj virzīt entropiju līdz robežai noteiktā laika logā, kas stiepjas nākotnē. Citiem vārdiem sakot, viņa spēj paredzēt. Būtībā modelis ņem vērā visus iespējamos daļiņu ceļus un liek tām sekot ceļam, kas rada visvairāk entropijas. Aptuveni runājot, tas ir sava veida ceļš, kas nākotnē paver vislielākās iespējas daļiņu kustībai.
Var teikt, ka daļiņu sistēmai ir sava veida vēlme saglabāt rīcības brīvību nākotnē, un šī vēlme jebkurā laikā novirza tās uzvedību. Pētnieki, kas izstrādāja šo modeli - Aleksandrs Visners-Gross no Hārvardas universitātes un Kamerons Frīrs no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta, to sauc par "cēloņsakarības entropisko spēku". Datorizētā diska formas daļiņu konfigurācijas modelēšanā, kas pārvietojas aprindās noteiktos apstākļos, šis spēks rada rezultātus, kas uzbudinoši norāda uz intelektu.
Vienā gadījumā lielais disks spēja "izmantot" mazo disku, lai noņemtu otro šauro cauruli no mazā diska - process, kas bija līdzīgs instrumenta izmantošanai. Atbrīvojot disku, palielinājās sistēmas entropija. Citā piemērā divi diski atsevišķos nodalījumos ir sinhronizējuši savu uzvedību, lai nolaistu lielāku disku uz leju, lai viņi varētu ar to mijiedarboties, tādējādi radot sociālās sadarbības izskatu.
Protams, šie vienkārši mijiedarbīgie aģenti nākotnē gūst ienesīgu ieskatu. Dzīvei, kā likums, tā nav. Kāds tam sakars ar bioloģiju? Atbilde nav skaidra, kaut arī Visners-Gross saka, ka viņš šobrīd strādā, lai izveidotu "praktiski bioloģiski ticamu cēloņsakarību entropisko spēku mehānismu". Tajā pašā laikā viņš uzskata, ka šāda pieeja sniedz papildu, praksē noderīgas iespējas, piedāvājot ātru piekļuvi mākslīgajam intelektam. "Es prognozēju, ka īsāks ceļš līdz tā sasniegšanai ir vispirms atklāt šo uzvedību un pēc tam strādāt pretējā virzienā, sākot ar fiziskiem principiem un ierobežojumiem, tā vietā, lai strādātu, pamatojoties uz īpašām aprēķināšanas vai prognozēšanas metodēm." viņš apgalvo. Citiem vārdiem sakot, vispirms atrodiet sistēmu,kurš dara to, ko tu vēlies, lai viņa dara, un tad izdomā, kā viņa to dara.
Arī novecošanos tradicionāli uzskata par evolūcijas iezīmi. Organismiem ir tāds dzīves ilgums, kas rada reprodukcijas iespējas, un tajā pašā laikā, kā viņi saka, pēcnācēju izdzīvošanas iespējas neaizkavē vecāki, kuri tuvumā ir pārāk draudīgi un konkurē par resursiem. Šķiet, ka tā ir taisnība, bet Hildegards Meijers-Ortmans, fiziķis no Jēkaba universitātes Brēmenē, Vācijā, uzskata, ka galu galā novecošanās ir fizisks, nevis bioloģisks process, ko pārvalda informācijas termodinamika.
Protams, jautājums nav tikai par nodilumu. “Liela daļa no mīkstajiem materiāliem, no kuriem mēs esam izgatavoti, tiek atjaunoti, pirms tie var novecot,” saka Meijers-Ortmans. Bet šis atjaunošanas process nav ideāls. Informācijas kopēšanas termodinamika prasa līdzsvaru starp precizitāti un enerģiju. Ķermenim ir ierobežoti enerģijas resursi, tāpēc laika gaitā kļūdas noteikti uzkrājas. Tad ķermenis ir spiests tērēt arvien vairāk enerģijas, lai labotu šīs kļūdas. Atjaunošanas process rada kopijas, kas ir pārāk bojātas, lai pareizi darbotos, un tām seko nāve.
Liekas, ka empīriskie pierādījumi to apstiprina. Jau sen ir zināms, ka kultivētās cilvēka šūnas, šķiet, spēj reproducēt ne vairāk kā 40–60 reizes (tā sauktā Hayflick robeža), pirms šis process apstājas un sākas novecošanās. Jaunākie cilvēku dzīves ilguma pētījumi liecina, ka ir pamats tam, ka vairums cilvēku nevar izdzīvot gadsimtu.
Pastāv dabiskas sekas, ka šī acīmredzamā energoefektīvo, organizēto prognozēšanas sistēmu vēlme rodas mainīgā, nelīdzsvarotā vidē. Mēs paši esam šādas sistēmas, tāpat kā visi mūsu senči līdz pat pirmajai primitīvajai šūnai. Un šķiet, ka neviendabīga termodinamika mums saka, ka tieši šādos apstākļos matērija to dara. Citiem vārdiem sakot, dzīvības parādīšanās uz tādas planētas kā Zeme agrīnā eksistences posmā ar daudziem enerģijas avotiem, piemēram, saules gaismu un vulkānisko aktivitāti, kas turpina uzturēt nelīdzsvarotību, sāk šķist vairs ārkārtīgi maz ticams notikums, kā uzskata daudzi zinātnieki, bet praktiski neizbēgama. 2006. gadā iebilda Ēriks Smits un vēlākais Harolds Morovics no Santa Fe institūtaka nesabalansētu sistēmu termodinamika padara organizēto sarežģīto sistēmu rašanos daudz iespējamāku prebiotiskos apstākļos uz Zemes, tālu no līdzsvara, nekā tas būtu, ja oriģinālās ķīmiskās sastāvdaļas vienkārši sēdētu un mierīgi vārītos “siltā mazā dīķī” (Čārlza Darvina vārdiem). …
Desmit gadus pēc tam, kad pirmo reizi tika paziņots, pētnieki ir pievienojuši sīkāku informāciju un dziļāku ieskatu parādībā. Īpašības, kuras Ernsts Mairs uzskatīja par svarīgām bioloģijā - jēga un nodoms - varētu rasties kā statistikas un termodinamikas dabiskas sekas. Un šīs vispārīgās īpašības, savukārt, dabiski var izraisīt zināmu dzīves līdzību.
Tajā pašā laikā astronomi mums parāda, cik daudz pasauļu griežas ap citām zvaigznēm mūsu Galaktikā: saskaņā ar dažām aplēsēm tās atrodas miljardos. Daudzi no tiem ir tālu no līdzsvara, un vismaz daži ir līdzīgi Zemei. Un tur, protams, piemēro tos pašus noteikumus.
Filips Ballis