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

[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

[livelight]

https://xkcd.com/435/

[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.

[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.

[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.

[uri-ben-cephas.livejournal.com]

Не туда, кажется, комментарий попал.

[evgeniirudnyi.livejournal.com]

Почему? Там как раз была линия от атомов к макромолекулам.

[uri-ben-cephas.livejournal.com]

Ну, я так понял, что вопрос/ответ riftsh касается более прозаических вещей - с какого уровня организации начинается биологическая специфика. Конечно, уже с уровня молекул - т.е., есть специфически "биологические" молекулы, которые "всплывают" и "всплывают" неизбежно при изучении биологии или при биологических исследованиях (как угодно).

[livelight]

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

[livelight]

Что значит "не найти"? Считайте — и откроется вам. А что у вас не хватает вычислительных мощностей — это ваши проблемы, а не физики. Вот что решения в квантАх вероятностные — это действительно проблема.

[evgeniirudnyi.livejournal.com]

Очень просто. У вас есть волновая функция, например, СH3CH2ОН, которая включает в себя как координаты атомов, так и координаты электронов. Вы сделали все возможные решения уравнения Шрёдингера для этой волновой функции. Как вы определите структуры молекулы не вводят приближения Борна-Оппенгеймера?

Даже более простой вопрос. Как вы рассчитаете расстояние в группе OH, поскольку все H в волновой функции неразличимы. То есть, все что вы сможете - это посчитать среднее расстояние от O ко всем H.

[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.

[ablertus.livejournal.com]

Для этого случая определение уточняет, что система должна быть химической. Хотя лично мне данное уточнение кажется лишним (тем более, что компьютер тоже сделан из вполне себе химических веществ). Генетические алгоритмы в компьютере созданы жимвыми существами, а стало быть, их можно считать проявлением жизни на земле. Если где-то будут найдены самозародившиеся системы с ГА (хотя бы и не химические), можно будет задуматься о присуждении им звания живых.

[livelight]

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

[egovoru.livejournal.com]

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

[egovoru.livejournal.com]

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

[egovoru.livejournal.com]

Спасибо, мне тоже попадалась эта картинка :)

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

[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.

[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?

[egovoru.livejournal.com]

"Ведь дарвиновская эволюция - и есть критерий жизни"

Верно, но не исключено, что, найдя дарвиновскую эволюцию еще где-то, мы не захотим считать это живым и придумаем для жизни какой-нибудь другой критерий :)

[egovoru.livejournal.com]

На мой взгляд, концепцию каких-то специфических "биологических" молекул стало можно отбросить еще с той поры, как Фридрих Вёлер синтезировал мочевину в пробирке. Минимальная известная нам структура, обладающая свойством жизни - это клетка. Да, мы предполагаем, что какие-то рибозимы или что-то в этом роде когда-то могли самовоспроизводиться, но все же это только гипотеза.

[egovoru.livejournal.com]

Мне кажется важным критерий независимости от другой жизни. Он отсекает не только компьютерные алгоритмы, но и вирусы, оставляя клетку первым структурным уровнем, на котором возникла жизнь. Да, мы предполагаем, что в стародавние времена были какие-то рибозимы или еще какие-то макромолекулы, способные к дарвиновской эволюции, но все же это только гипотеза.