И жизнь свелась к одноколейке и пересохла, как Арал

[egovoru]

Никто, наверное, не станет спорить, что химия в конечном итоге сводится к физике – а точнее, к квантовой механике образования и разрыва химических связей между атомами в молекулах. Вопрос же, сводится ли третья традиционная ветвь естествознания – биология – к химии (и тем самым к физике), ставит меня в тупик. С одной стороны – конечно, сводится: в том смысле, что никакой особой жизненной силы, élan vital, нам обнаружить не удалось, несмотря на усиленные поиски в течение нескольких столетий – сегодня у нас нет сомнений, что живые существа представляют собой просто высокоорганизованные коллекции молекул.

С другой стороны, эти коллекции подвержены процессу, в неживой природе пока не обнаруженному – а именно, дарвиновской эволюции, естественному отбору наследственных вариантов. Для Джеффри Алана Грея, размышляющего об этом в своей исключительно интересной книжке о «трудной проблеме сознания», этого соображения достаточно для утверждения, что биология к химии не сводится. В самом деле, если бы не было дарвиновской эволюции, то не было бы и биологии как таковой, поскольку ей нечего было бы изучать (как, впрочем, не было бы и физики с химией :)

Изменение физико-химической системы во времени, продолжает Грей, можно предсказать, зная начальные условия и законы физики (он забывает о квантовой неопределенности, делающей такое предсказание вероятностным). Знание результата этих изменений для предсказания поведения системы не требуется. А вот знание последствий включения того или иного нуклеотида в цепь ДНК – увеличение или уменьшение численности потомства организма – необходимо для предсказания направления эволюции. А раз так, то биология требует «бифокального» рассмотрения: физико-химического и селекционистского. Что-то в этом рассуждении (Грей тут ссылается на приоритет Майкла Полани) меня смущает, но я не могу уловить, что именно. Может, то, что биологическую эволюцию обычно считают непредсказуемой? А вы что скажете?

Другой пример необходимости бифокального рассмотрения Грей находит не только в живых, но и в технических системах, обладающих обратной связью (как, например, термостат). Уравнения кибернетики, описывающие работу этой связи, одни и те же, независимо от того, из каких именно компонентов (подчиняющихся физико-химическим законам) такая система состоит. Следовательно, одно не сводится к другому, и для предсказания поведения системы с обратной связью нам нужно знать и эти уравнения, и эти законы. Опять – вроде бы все правильно, но почему-то вызывает у меня внутренний протест.

Три ветви естествознания по версии Zazzle:
«Если оно движется, это биология; если оно воняет, это химия;
если оно не работает, это физика» :)

Книжка Грея так мне понравилась, что я приготовила по ней еще два поста – так что теперь держитесь!

Comments

[lj-frank-bot.livejournal.com]

Hello!
LiveJournal categorization system detected that your entry belongs to the following categories: Наука (https://www.livejournal.com/category/nauka?utm_source=frank_comment), Общество (https://www.livejournal.com/category/obschestvo?utm_source=frank_comment).
If you think that this choice was wrong please reply this comment. Your feedback will help us improve system.
Frank,
LJ Team

[egovoru.livejournal.com]

Общества тут нету, Фрэнк. Ну, разве что ты имеешь в виду, что наука - это общественное предприятие :)

[alex-new-york.livejournal.com]

Ну, вот, к примеру такой орган, как глаз. Эволюция изобретала его заново с нуля несколько раз, на разных независимых ответвлениях древа эволюционного развития биосферы Земли. А недавно у этого органа появился небиологический родственник — фото- и видеокамера

Сказать, что глаз является следствием законов физики и химии — это примерно как если бы мы сказали, что песня является следствием законов акустики. Безусловно, глаз законам физики и химии не противоречит, как песня не противоречит законам акустики. Но при этом глаз — явление эмерджентное, отделенное от элементарных законов физики и химии несколькими эмерджентыми уровнями

Возможно, когда-нибудь мы обзаведемся суперкомпьютерами, способными просчитывать все эти эмерджентные уровни и моделировать возникновение глаза в ходе эволюции, используя одни лишь уравнения квантовой электродинамики

Но сегодня у нас такого суперкомьютера нет, поэтому разбираться в эволюции глаза нам приходится не начиная с истоков бытия, а рассуждая на языке его системного уровня: для чего глаз понадобился, как он возник, как эволюционировал, что на эту эволюцию повлияло и т д

И это правильно. Ведь иначе нам пришлось бы отыскивать глаз в пространстве всех решений уравнений квантовой электродинамики, включающих в себя всё разнообразие Вселенной

[egovoru.livejournal.com]

Да, как я поняла, Грей имеет в виду нечто подобное сказанному Вами. Интересно, что он при этом тщательно избегает слова "эмерджентность" :)

[livelight]

https://xkcd.com/435/

[egovoru.livejournal.com]

Спасибо, мне тоже попадалась эта картинка :)

Кстати сказать, некоторые математики таки считают физику просто прикладной математикой (и ошибаются, на мой взгляд).

[mercibo.livejournal.com]

Физика объясняет всё, до чего может дотянуться. Эволюция в целом для неё пока что слишком объёмная задача, слишко многопараметрическая.
Хотя отдельные компоненты более или менее понятны:
- физические свойства атомов, законы их поведения и взаимодействия друг с другом;
- термодинамика - описание поведения систем, состоящих из огромного числа элементов (правда, простых и более или менее однородных);
- дифференциальные уравнения, описывающие системы с обратными связями (резонансы, аттракторы и пр.).
Зная всё это, можно примерно представить базовые механизмы эволюции, но построить полную модель того, как за миллиарды лет жизнь пришла к современному состоянию, задача неподъёмная. А, может, и ненужная.

[livelight]

В физике даже уравнения аэродинамики неустойчивые по начальным данным и параметрам, а жизнь — она гораздо сложнее. Там даже не физика, а сама математика пасует при попытке точно предсказать, что получится.

[egovoru.livejournal.com]

Ну, нас обычно интересует не реконструкция прошлого, а прогноз на будущее. Принимая во внимание, что появление мутаций - это квантово-механический процесс, предсказать, когда именно произойдет данная мутация, можно не больше, чем предсказать, когда именно распадется конкретный радиоактивный атом; можно только оценить вероятность.

Кстати, а можно ли период полураспада рассчитать из теоретических соображений? Копайлот говорит, что вроде есть какие-то подходы, но все равно требуются экспериментальные данные. Вероятность же (частоту) мутаций определяют только экспериментально, поскольку система ДНК плюс фермент-полимераза заведомо слишком велика для квантово-механических расчетов. Впрочем, копайлот предлагает вот эту статью (https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/CP/D0CP05781A#!divAbstract) как пример подобных расчетов.

[riftsh.livejournal.com]

Больше 30 лет в начале каждого семестра я задаю студентам гораздо более простой и слегка комплементарный Вашему вопрос: на каком уровне организационной биологической иерархии (эл. частицы — атомы — молекулы — макромолекулы — органеллы — клетки — ткани — и т.д.) начинается собственно биология. Обычно консенсус достигается легко: это уровень биомолекул.

[evgeniirudnyi.livejournal.com]

Тут философы химии в настоящее время дают отпор физикам. Они показывают, что структуру любой молекулы в квантовой механике не найте, поскольку структура начинается только с приближения Борна-Оппергеймера. Но если его не брать в рассмотрение - это ведь приближение - то структура безвозратно пропадает. Вывод - химия не сводится к физике.

[egovoru.livejournal.com]

Ну вот, а я бы ответила: на уровне клетки. Биология - это про жизнь, а отдельная молекула, даже если это ДНК, погоды жизни не делает. Ну, может, гипотетические примордиальные рибозимы и были жизнью, но кто их видел?

[marigranula.livejournal.com]

А студенты — биофака?

[verum-corpus.livejournal.com]

Но физика же не описывает поведение атомов в живых существах.
Кажется, до сих пор даже неизвестно, почему сокращаются мышцы. Академик Капица всю жизнь мечтал разобраться с этим, но так и не нашёл времени.

[ablertus.livejournal.com]

> С другой стороны, эти коллекции подвержены процессу, в неживой природе пока не обнаруженному – а именно, дарвиновской эволюции

Он и не может быть обнаружен в неживой природе - в противном случае система, в которой процесс протекает, будет немедленно признана живой. Ведь дарвиновская эволюция - и есть критерий жизни.

[livelight]

А если у меня в компе генетические алгоритмы бегают — это будет признано жизнью?

[shelepiha.livejournal.com]

Есть такой писатель, Михаил Анчаров, и есть у него книжка. «Как птица Гаруда». Так вот там один герой утверждает, что есть две материи, живая и неживая. Две разные материи. И из одной нельзя сделать другую.

[livelight]

А как это соотносится с нашей Вселенной, в которой биологи выделяют в т.ч. продуцентов и редуцентов?

[alaev.livejournal.com]

- никакой особой жизненной силы, élan vital, нам обнаружить не удалось

Есть ещё такая любопытная вещь как термодинамика. Если насыпать в кастрюлю слева пшено, а справа гречку, и потом хорошо помешать, получится однородная смесь. Но если начать мешать её в обратном направлении, на пшено и гречку она уже не разделится. Энтропия системы выросла, и обратно, несмотря на все законы физики, уменьшаться не желает.

Это по смыслу означает, что мире есть изначальный запас низкой энтропии, и он по ходу дела постепенно тратится, в том числе на жизнедеятельность биологических объектов. Не то чтобы это прямо витальная сила, но...

[egovoru.livejournal.com]

"Это по смыслу означает, что мире есть изначальный запас низкой энтропии, и он по ходу дела постепенно тратится, в том числе на жизнедеятельность биологических объектов"

Совершенно верно, и можно смело утверждать, что, если бы не это начальное низкоэнтропийное состояние, никакой бы жизни и не было. Мы как раз обсуждали его здесь недавно (https://egovoru.livejournal.com/227235.html) - может быть, Вы захотите что-то добавить?

[oogl.livejournal.com]

Судя по сказанному выглядит так, что Грей рассматривает Химию упрощенно, словно по школьному учебнику неорганики, где царит очарование детерминизма: вот вещества, вот уравнения реакций, вот результат. Но школьная программа оставляет в тени, что такой чёткий детерминизм заслуга условий эксперимента, когда количество переменных снижается до минимума.
Биологические системы, насколько я понял, он рассматривает менее упрощенно, не на уровне одной изолированной клетки.

[egovoru.livejournal.com]

"Биологические системы, насколько я понял, он рассматривает менее упрощенно, не на уровне одной изолированной клетки"

Книжка Грея - о механизмах сознания, и он, как и большинство исследователей, считает, что отдельные клетки сознанием не обладают, это свойство больших коллективов клеток (организмов). Так что да, он рассуждает о живом организме как о системе клеток.

[ald1976.livejournal.com]

Просто люди еще очень плохо знают химию и освоили довольно простую ее часть.

Даже реакция Белоусова-Жаботинского в свое время вызвала фурор. А та химия, что происходит в биологии, на много порядков сложнее.

[egovoru.livejournal.com]

Вы хотите сказать, что и в химии есть эмерджентные явления? Интересно, что Грей в своей книжке тщательно избегает слова "эмерджентность", хотя другие авторы, рассуждающие на подобные темы, любят его использовать :)

[victor-chapaev.livejournal.com]

Столкновение двух частиц идеального газа легко описывается механикой бильярдных шаров. Но эта механика, описывая столкновение двух атомов, никак не может выдать нам законы термодинамики, которые справедливы для того же идеального газа. Эти законы описывают ансамбль большого числа частиц, взаимодействующих по простым законам. Тут проще уж некуда. И если число частиц в ансамбле уменьшать, в один прекрасный момент законы термодинамики для нескольких частиц размоются и исчезнут.
Дарвиновская эволюция — такое же свойство сложной системы, которое возникает в ансамбле. Ведь отдельно взятый, например, кот, он хоть и живой, но никуда не эволюционирует.

[egovoru.livejournal.com]

Да, конечно: дарвиновская эволюция - процесс, протекающий в популяциях. Но следует ли из этого, что нам требуется двойное описание жизни, как это предлагает Грей?

[marigranula.livejournal.com]

"химия в конечном итоге сводится к физике – а точнее, к квантовой механике образования и разрыва химических связей между атомами в молекулах. Вопрос же, сводится ли третья традиционная ветвь естествознания – биология – к химии (и тем самым к физике), ставит меня в тупик. "

А что значит — сводится?

"С другой стороны, эти коллекции подвержены процессу, в неживой природе пока не обнаруженному – а именно, дарвиновской эволюции, естественному отбору наследственных вариантов. "

Ну есть гипотеза об отборе baby universes...

Но самое главное — что это меняет в плане физики и химии?

"В самом деле, если бы не было дарвиновской эволюции, то не было бы и биологии как таковой, "

Но если бы не образовывались связи между атомами, не было бы и химии.... Я не вижу логики.

[egovoru.livejournal.com]

"Ну есть гипотеза об отборе baby universes..."

Да, я тоже о ней подумала, но Грей ее не упоминает.

"Но если бы не образовывались связи между атомами, не было бы и химии..."

И физики тоже бы не было, потому что не появились бы существа, способные к созданию науки, да и вообще никакие существа не появились бы.

Но я просто имела в виду, что биология - это изучение объектов, подверженных дарвиновской эволюции.

А что Вы скажете о необходимости их "двойного" описания, на котором настаивает Грей? Или тогда уж тройного: физико-химического, эволюционного и кибернетического? По-видимому, он имеет в виду эмерджентный характер некоторых явлений, но тщательно избегает этого слова.

[verum-corpus.livejournal.com]

### Никто, наверное, не станет спорить, что химия в конечном итоге сводится к физике – а точнее, к квантовой механике образования и разрыва химических связей между атомами в молекулах. ###

Правильно ли будет сказать, что мы ходим пешком благодаря квантовой механике образования и разрыва химических связей между атомами в молекулах?

[egovoru.livejournal.com]

Надо думать, все, что происходит, происходит благодаря квантовой механике :)

[teak]

"С другой стороны, эти коллекции подвержены процессу, в неживой природе пока не обнаруженному – а именно, дарвиновской эволюции, естественному отбору наследственных вариантов" -- так ведь это же просто по определению. Мы буквально называем те коллекции молекул, которые способны размножаться и участвовать в отборе, живыми. Хотя общего между ними зачастую довольно мало. Если мы обнаружим кремниевую жизнь, то и её уверенно назовём жизнью, хотя там уже общего не будет вообще ничего. В общем это звучит примерно как "удивительно, но только во льду мы обнаруживаем кристаллическую структуру, хотя в обычной воде или в паре её нет. значит лёд чем-то отличается". Ну да, тем что вот прямо сейчас он кристаллический, поэтому мы и называем его льдом.

[egovoru.livejournal.com]

"Мы буквально называем те коллекции молекул, которые способны размножаться и участвовать в отборе, живыми"

Да, именно так - но непонятно, требует ли это того "двойного описания", на котором настаивает Грей? Мне кажется, его необходимость связана только с недостатком наших вычислительных ресурсов, а не с сущностью вещей. А Вы как думаете?

Отражения

[livejournal.livejournal.com]

User wampus_999 referenced to your post from Отражения (https://wampus-999.livejournal.com/366146.html) saying: [...] собой просто высокоорганизованные коллекции молекул. https://egovoru.livejournal.com/227895.html [...]