Как зародилась жизнь на Земле – один из самых больших вопросов, на который наука все еще ищет ответы. У ученых есть теории о том, как все могло начаться, возможно, у гидротермального источника, обеспечивающего необходимую энергию для химической реакции, которая в конечном итоге привела к первым живым организмам.
Зарождение жизни часто представляют как маловероятное событие, когда правильная смесь химических веществ случайным образом объединилась в результате беспорядочных столкновений. Но что если за этими реакциями стояли основополагающие законы физики, направившие ход событий к появлению жизни?
Именно такую идею представляет американский физик Джереми Ингланд, считающий, что жизнь может быть следствием энтропии – фундаментального понятия, описывающего беспорядок в системе. Энтропия измеряет степень неупорядоченности: если система находится в состоянии высокой энтропии, то при перемешивании ее компонентов она по сути останется неизменной.
Однако во Вселенной существуют феномены, такие как жизнь, пребывающие в состоянии низкой энтропии, упорядоченности. На первый взгляд это кажется нарушением второго закона термодинамики, гласящего, что энтропия в замкнутой системе всегда увеличивается, всё стремится к беспорядку. Но это не так – жизнь не нарушает этот закон, поскольку черпает энергию из окружающей среды, расходуя ее для временного уменьшения собственной энтропии.
Это похоже на то, как вы можете потратить энергию, чтобы временно придать снегу форму снеговика, создав порядок, пока энтропия снова не вернет его в беспорядочное состояние. Если же рассматривать всю систему целиком, включая источник энергии для жизни и тепло, выделяемое жизнью, то в общей системе энтропия продолжает возрастать.
Этот статистический закон Вселенной был впервые открыт Рудольфом Клаузиусом, который заметил, что тепло течет от более нагретых тел к менее нагретым, но не наоборот. Согласно Ингланду, жизнь и жизнеподобные структуры могут зарождаться в сложных, хаотичных средах таким образом, чтобы лучше распределять тепло во внешнюю среду. Иными словами, жизнь возникает как следствие энтропии, благодаря своей способности распространять тепло.
В одной из своих работ Ингланд смоделировал сложный “бульон” из 25 химических веществ с различными концентрациями и уровнями энергии, “заставляющими” протекание химических реакций, подобно тому, как солнечный свет вызывает образование озона в нашей атмосфере (спасибо, энтропия).
“Как и предполагалось в предыдущих теоретических работах, наше центральное открытие состояло в том, что кинетически стабильное поведение такой системы действительно смещено в сторону явлений, которые кажутся точно настроенными на внешнее воздействие”, – писали Ингланд и его соавтор Джордан М. Хоровиц в своей статье. “Иными словами, долговременное поведение системы обогащено результатами, которые наблюдались бы лишь с малой вероятностью при случайной равномерной выборке из всего пространства возможностей”.
В то время как некоторые “бульоны” двигались к равновесию, как и ожидалось, более экстремальные системы испытывали “спонтанную тонкую настройку”, перестраиваясь в более сложные структуры, лучше приспособленные для сложной среды и более эффективно распределяющие тепло.
Во второй работе команда обнаружила еще более “жизнеподобные модели коллективного молекулярного поведения”, а также “статистическую тенденцию системы принимать структуры с более высокими, чем при равновесии, скоростями поглощения работы (…), при этом крайне необратимые переходы, которые поддерживают неравновесный крен системы в сторону резонансных структур, происходят потому, что резонанс помогает им собрать больше работы от внешнего [источника энергии]”.
Хотя это всего лишь аналог жизни, едва ли приближающийся к ее настоящей сложности, а теория остается спорной и требует дальнейших исследований, результаты интригуют и наводят на мысль, что жизнь может возникать в результате действия физических законов. Если это так, то жизнь, вероятно, повсеместно распространена во Вселенной, зарождаясь в сложных системах, подобных нашей планете.
“Вы начинаете со случайного скопления атомов, и если светить на него достаточно долго, – рассказывал Ингланд в интервью журналу Quanta, – то не должно быть ничего удивительного в том, что вы в итоге получите растение”.
И хотя загадка происхождения жизни пока не разгадана, теория Ингланда предлагает совершенно новый взгляд на этот вопрос. Возможно, жизнь – не просто счастливое стечение обстоятельств, а закономерное следствие фундаментального стремления Вселенной к большему беспорядку, к энтропии. Жизнь может быть способом, которым природа более эффективно распространяет хаос, подчиняясь неумолимым законам физики. Если так, то наше существование – не случайность, а часть вселенской тенденции, и мы – звенья этой удивительной цепочки событий, в которой беспорядок порождает сложность.
Читать полностью: Внутри стекла стрела времени может идти в обоих направлениях
Комментировать можно ниже в разделе “Добавить комментарий”.