Жизнь — это физика: эволюция как коллективной феномен далекий от равновесия

К этой статье мое внимание привлекло не только название (Жизнь — это физика), но и имя второго соавтора. Карл Вёзе — это известный биолог, который сильно изменил наше представление о древе жизни. Реферат статьи:

‘Эволюция — это фундаментальный физический процесс, который дает начало биологическим явлениям. Тем не менее, эволюцию часто трактуют как часть популяционной генетики, и таким образом ее рамки искусственно ограничивают. В результате ключевые вопросы о том, как быстро происходит эволюция и ее связь с экологией не были удовлетворительно рассмотрены и сформулированы. Отсутствие широкого признания и понимания эволюционного процесса, возможно, затормозило развитие биологии как науки с катастрофическими последствиями для ее применения в медицине, экологии и охране окружающей среде. В этом обзоре эволюция рассматривается как проблема неравновесной статистической механики, когда ключевые динамические моды являются коллективными. О последнем свидетельствует множество мобильных генетических элементов, чья роль в развитии эволюции была открыта современными геномными исследованиями. Обсуждается каким образом концепции физики твердого тела могут быть полезными в эволюционной биологии, концептуальные недостатки современного эволюционного синтеза, открытый рост сложности и квинтэссенцию самореференциальной природы эволюционной динамики.’

Во введении подчеркивается важность коллективных процессов и нерешенность проблемы эволюции (‘списанной со счетов как решенной проблемы в рамках крылатого выражения «естественный отбор» ‘). Предполагается, что решение биологических задач даст толчок развития самой физики. Отмечу, что в статье выражение естественный отбор используется только в кавычках, что, по всей видимости, подчеркивает неудовлетворительность даваемого объяснения.

Первый раздел называется Эволюция как проблема в физике твердого тела. Вначале рассматривается и отвергается утверждение, что жизнь — это химия. Приводится пример, связанный со сверхпроводимостью. Утверждается, что сверхпроводимость нельзя объяснить на уровне химии, хотя такие попытки были в самом начале. Только физика твердого тела может объяснить коллективные явления, связанные с появлением сверхпроводимости. Соотвественно, предполагается, что аналогичным образом физике удастся объяснить, что такое живое. Также подчеркивается, что биология является манифестацией эволюции и ограниченность в этом отношении популяционной генетики.

Во втором разделе За пределами современного синтеза говорится о том, что синтетическая теория эволюции включает в себя слишком узкий класс моделей с достаточно примитивной динамикой. Введение в рассмотрение коллективной динамики генов (эпистаз) и рассмотрение случаев, когда временная шкала эволюция сопоставима с временной шкалой экосистемы позволяет существенно расширить модель эволюционного процесса. В разделе приводится много ссылок на оригинальные исследования, которые подтверждают точку зрения авторов.

Третий раздел, Динамика эволюции, является ключевым. Авторы вводят и раскрывают понятие самореференциальной модели. Это такая модель, когда эволюция системы приводит к изменению законов эволюции. По мнению авторов статьи, только такая модель может объяснить живое. Следует отметить, что ответа на то, как должна выглядеть такая модель, в статье нет. Авторы признают, что на фундаментальном уровне такое невозможно. Надежда заключается в том, что, как в случае сверхпроводимости, возникнет новый уровень законов, которые в данном случае будут носить самореференциальный характер. Ожидается, что биология откроет совершенно новый раздел физики.

В конце статьи обсуждается вопрос, всегда ли эволюция развивается случайным образом, как полагает синтетическая теория эволюции. Авторы не исключают возможности направленного изменения динамики генома в ответ на изменение окружающей среды.

В заверешение переведу пару предложений, которые хорошо показывают отношение физиков к естественному отбору. Высказывание про естественный отбор идет непосредственно после описания развитие физики: от простого к сложному.

‘Биологии так не повезло: сложные явления были обнаружены с самого начала, но недоставало средств чтобы справиться с трудностями.  Вместо того, чтобы терпеть незнание, была разработана языковая культура для объяснения концептуальных трудностей при использовании догадок, таких как «естественный отбор». ‘

Информация

Nigel Goldenfeld and Carl Woese. Life is physics: evolution as a collective phenomenon far from equilibrium. Annu. Rev. Condens. Matter Phys. 2, no. 1 (2011): 375-399.

К теме: Перевод интервью с Найджел Голденфельд, Физика, сокрытая в эволюции

http://inosmi.ru/science/20170929/240390295.html

Обсуждение

https://evgeniirudnyi.livejournal.com/174690.html


Comments are closed.