PNAS: обнаружен недостающий «закон природы», который описывает путь развития всех вещей

В нашей Вселенной имеется множество сложных, развивающихся систем, даже за пределами биологии. От роста звезд до пребиотической химии — разнообразные смеси материалов часто могут принимать гораздо более сложные формы. Однако, в отличие от многих других физических явлений, их изменяющаяся природа еще не представлена дискретным законом. Исследование было опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Так считает американская группа астробиологов, философов, минералогов, физиков-теоретиков и специалистов по обработке данных, которые описывают «недостающий закон» природы в новой интригующей рецензируемой статье.

«Учитывая повсеместное распространение развивающихся систем в мире природы, кажется странным, что один или несколько законов, описывающих их поведение, не появились быстрее», — пишут авторы.

Собственный «закон увеличения функциональной информации» команды гласит, что эволюция во всех ее формах неизбежно приводит к увеличению структурности, разнообразия и сложности в сложных природных системах.

Эволюция, конечно, не уникальна для биосферы Земли; это происходит и в других чрезвычайно сложных системах, таких как наша Солнечная система, звезды, атомы и минералы.

«Вселенная порождает новые комбинации атомов, молекул, клеток и т. д.», — говорит первый автор исследования, астробиолог Майкл Вонг из Института науки Карнеги в Вашингтоне. «Те комбинации, которые стабильны и могут порождать еще больше новизны, будут продолжать развиваться. Именно это делает жизнь самым ярким примером эволюции, но эволюция повсюду».

В статье описывается, как водород и гелий – два наиболее распространенных элемента во время Большого взрыва – объединились, образовав первые звезды. К тому времени, когда звезда достигает конца своей жизни, она может генерировать более 100 элементов с примерно 2000 разновидностями изотопов.

На Земле огромное разнообразие минеральных «видов» возникло с самого начала, когда планета формировалась от 4,55 до 2,5 миллиардов лет назад. В настоящее время на Земле известно более 5900 видов минералов, которые становятся все более химически сложными по мере того, как новые формы жизни выделяют кислород в атмосферу.

Реакция железа с минералами на основе кислорода открыла новую эру древней жизни и заложила основу для нашей собственной эволюции в тандеме с другими минералами.

Сложность минералогии поверхности Земли возрастала по мере того, как жизнь развивалась от одноклеточных к многоклеточным организмам и формировались экосистемы. Широкий спектр образовавшихся минералов изменил ход эволюции и ее варианты.

Биологические и минеральные системы постоянно взаимодействуют, влияя на разнообразие друг друга, и жизнь, какой мы ее знаем, является результатом этого взаимодействия.

«Эти развивающиеся системы кажутся концептуально эквивалентными, поскольку обладают тремя примечательными качествами», — пишут авторы. «1) Они формируются из многочисленных компонентов, которые могут принимать комбинаторно огромное количество различных конфигураций; 2) существуют процессы, которые генерируют множество различных конфигураций; и 3) конфигурации предпочтительно выбираются на основе функции».

Итак, есть ли в способах передачи информации что-то, что объясняет общие характеристики, казалось бы, различных развивающихся систем? Может ли существовать универсальная основа для отбора? Команда считает, что оба ответа – да.

«Важным компонентом предлагаемого естественного закона является идея «отбора по функции», — говорит Вонг.

Согласно Дарвину, основная функция организма в контексте биологии — обеспечить собственное выживание на время, достаточное для успешного размножения. Команда говорит, что это новое предложение расширяет наше понимание, указывая на существование трех различных типов функций в мире природы.

Самая фундаментальная функция, которую мы могли бы назвать «статической устойчивостью» – поддержание стабильного атомного или молекулярного расположения.

«Динамическое постоянство» описывает, почему системы, которые являются динамичными и имеют доступ к постоянным источникам энергии, также с большей вероятностью выживут.

И, наконец, «генерация новизны» относится к склонности развивающихся систем генерировать новые конфигурации, которые могут привести к удивительному новому поведению или характеристикам.

Вонг и его команда отмечают, что физические законы движения, гравитации, электромагнетизма и термодинамики управляют функциями макроскопических природных систем в пространстве и времени. Поэтому вполне логично, что у нас должен быть закон природы для эволюции.

«Асимметричная траектория, основанная на функциональности, может показаться противоположной научному анализу», — заключает команда ученых. «Тем не менее, мы предполагаем, что отбор, основанный на статической устойчивости, динамической устойчивости и генерации новизны, является универсальным процессом, в результате которого возникают системы с увеличенной функциональной информацией».