Na tropie zdefiniowania zagadki życia i jego początków

Życie jest zagadką,taka jest prawda. Nie bez przyczyny próby wyjaśnienia tego zdumiewającego faktu, jakim jest nasze istnienie doprowadziło do powstania tak wielu filozofii i religii. Jednak dopiero w 2 poprzednich stuleciach zagadka ta zaczęła być rozwiązywana na naprawdę naukowych podstawach. Najpierw Karol Darwin ze swoją teorią ewolucji i mnich katolicki Gregor Mendel, prekursor genetyki – który zmarł chyba nawet nie wiedząc, jak fundamentalne rzeczy zauważył – właściwe wnioski wyciągnął dopiero Tomas Hunt Morgan, twórca teorii dziedziczenia chromosomowego. Wielkim sukcesem było też odkrycie kwasu deoksyrybonukleinowego (zwanego DNA) i ostateczne poznanie jego budowy. DNA jest nośnikiem kodu genetycznego zapisywanego na podstawie 4 zasad : dwóch purynowych: adeniny (Ade lub A) i guaniny (Gua lub G) oraz dwóch pirymidynowych: cytozyny (Cyt lub C) i tyminy. Adenina wiąże się z tyminą,a guanina z cytozyną wg schematu

(A—T ; C—G) lub (T—A ; G—C) co sprawia,że praktycznie, 2 nici podczas replikacji DNA są jakby negatywami. Kod genetyczny za pomocą 3 zasad koduje 20 aminokwasów wchodzących w skład organizmów żywych w następujący sposób:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/70/Aminoacids_table.svg/640px-Aminoacids_table.svg.png

W praktyce, naukowcy pracujący nad sztucznym DNA udowodnili w maju tego roku, że liczbę nukleotydów można rozszerzyć do 6, co daje (teoretycznie) możliwość rozszerzenia tej liczby do 172 aminokwasów. Opisali to w artykule: „A semi-synthetic organism with an expanded genetic alphabet” czasopisma „Nature” (doi:10.1038/nature13314)

Problem kodowania jest jednak złożony, a samo DNA jest bardzo niesamodzielne, stąd jeśli chodzi o zagadkę życia zaciemnia ono raczej właściwy obraz rzeczy. Dużo ciekawsze są kwasy rybonukleinowe,które według niektórych teorii mogły pełnić rolę pierwotnego nośnika życia.

No dobrze.Opisałem ciekawe mechanizmy,ale ten „naukowy bełkot” nie wyjaśnia tego „cudownego” przejścia do braku życia do życia organicznego.

Ulubionym argumentem kreacjonistów negujących ewolucję, jest twierdzenie,że życie jest zbyt skomplikowane,przypomina wręcz rejsowy samolot,a ten nie może się poskładać sam. Argumenty te odpierał biolog ewolucyjny Richard Dawkins w swoich książkach,takich jak „Samolubny gen” czy „Wspinaczka na Szczyt Nieprawdopodobieństwa”, a pierwszym argumentem na rzecz samoczynnego powstania aminokwasów i życia był eksperyment Stanleya Millera w 1953 roku. Mimo to, zasadniczo powstanie życia wciąż nie jest satysfakcjonująco wyjaśnione jeśli chodzi o szczegóły. Nie mamy nawet pewności, czy pewne czynniki nie pochodziły z kosmosu. Tym niemniej, nie ma powodu podejrzewać jakiejś „nadzwyczajnej interwencji”,życiu na ziemi powstanie zabrało może nawet niemal miliard lat. A ziemia ma ich jako planeta prawdopodobnie zaledwie 4,5 miliarda lat, więc na „rzucanie śrubkami by powstał samolot” było naprawdę bardzo dużo czasu – i nie wymagało to od razu „samolotu”, żartobliwie można powiedzieć, że ewolucja zaczynała od złożenia dziecinnego latawca który systematycznie ulepszała, aż zrobiła z niego „samolot” który widzimy dziś.

No dobrze. Jeśli akceptujemy już ewolucję jako mechanizm i rozumiemy, że działa ona na podstawie stopniowych,nawarstwiających się poprawek, musimy dojść do oczywistego wniosku. Życie początkowo było całkiem prostym, a nawet stosunkowo mało efektywnym – ale działającym i rozprzestrzeniającym się – tworem. Tym samym jesteśmy już blisko wyjaśnienia tego czym ono jest, bowiem musimy odpowiedzieć na pytanie jakie to warunki musi spełniać życie by przetrwać i rozwinąć się. Warunki dla „materii żywej” określił jako pierwszy Tibor Gánti który zaproponował następujący zbiór warunków, które powinien spełniać system, by uznać go za organizm żywy:

Cechy konieczne:

  1. jest wyodrębniony ze świata zewnętrznego
  2. posiada metabolizm
  3. jest wewnętrznie stabilny, innymi słowy cechuje go homeostaza
  4. posiada podsystem przechowywania i przetwarzania informacji, użyteczny dla reszty systemu
  5. procesy wewnątrz systemu żywego są regulowane

Cechy potencjalne (Cechy które nie są konieczne by system uznać za żywy, ale konieczne by zachodził proces życia na większą skalę):

  1. obiekt żywy musi mieć zdolność do wzrostu i rozmnażania
  2. w replikacji musi zachodzić zmienność (warunek ewolucji)
  3. obiekt musi być śmiertelny

Ja stawiam to jednak znacznie prościej. Najbardziej pierwotny organizm czy inny twór „żywy”:
1.Musi podlegać samoreplikacji lub samoodtwarzaniu (rozmnażanie lub odtworzenie swojej postaci), populacja najprostszych „cząstek życia” musi przyrastać, lub w najgorszym wypadku nie zmieniać się.
2.Musi mieć dość materialnych środków które mogą jej pomóc w powyższym – tak pod względem materii (pełniącej tu jednak rolę „tworzywa” (nie ma zatem powodu,dla którego takim tworzywem nie miałaby być informacja) jak i energii. (metabolizm)

3.Musi być mechanizmem samodzielnie regulującym swoje działanie (homeostaza,i nie tylko), częściowo niezależnym od warunków swego środowiska.

Zatem:

  • Cecha „potencjalna” 1 mieści się w pierwszym – w istocie podstawowym dla życia punkcie.
  • Cecha główna nr 2 pozostaje nie zmieniona
  • Cecha główna numer 3,4,5 to w istocie elementy podpunktu 3
  • „Element podstawowy nr 3” „system informacji” wprowadza nadmierne komplikacje i wrażenie pomagające kreacjonistom i utrudnia analizę. W istocie „informacja” czy „system informacji” powinna być traktowana tylko jako „stany układu”,zaś sugestia „komplikacji” czy „celowości” ukryta za słowem „informacja” jest tu bardzo myląca.
  • Wyodrębnienie ze „świata zewnętrznego” – „warunek konieczny nr 1” jest kwestią istotną przy rozróżnieniu. Sugeruje konieczność istnienia od początku czegoś w rodzaju błony komórkowej, która pomimo pełnienia ważnych funkcji mogła w istocie wyewoluować później. Nie jest niezbędne w sobie jeśli chodzi o samo powstawanie; tworzenie się życia, jest natomiast niezbędnym elementem w pewien sposób definiującym jego zaistnienie, jako tworu (częściowo) niezależnego od środowiska.

Natomiast:

  • Zmienność w replikacji (cecha potencjalna nr 2) bywa zbawiennym motorem ewolucji (choć częściej jest niszczycielska), aczkolwiek jest skutkiem termodynamiki i szkodliwego wpływu środowiska
  • Śmiertelność (cecha potencjalna nr 3) wynika ze szkodliwego wpływu środowiska i ma korzystny wpływ na proces ewolucji i uwalnianie zasobów, w istocie jednak wcale nie jest „cechą życia”, lecz efektem termodynamicznym je regulującym.

3 cechy które wymieniłem, nie wydają się jeszcze zdumiewająco proste. Ale dochodzimy do sedna tego czym jest w praktyce materialne (i nie tylko) życie,co ma znaczenie w egzobiologii, a może i w informatyce.

Istnieje wiele niewystarczających definicji.Dla przykładu:

„Życie jest to sposób istnienia ciał białkowych” – niepoprawne,gdyż zakłada antropomorficznie,że konieczna jest struktura białkowa.Ta wypowiedź Fryderyka Engelsa nie tłumaczy nic,i nakłada nadmierne ograniczenia,niezgodne już ze współczesnym stanem wiedzy

Życie związane jest z pewną substancją, określoną przez swoją naturę chemiczną – jest nią protoplazma” – jest to echo teorii protoplazmatycznej Gántiego,które ogranicza życie do formy czysto chemicznej.

Życie (…) nie jest (…) właściwością jakiegoś specjalnego związku chemicznego – np. białka lub kwasu nukleinowego – ale cechą specyficznej organizacji systemów żywych. Dlatego zwrot „materia ożywiona” jest niepoprawny – powinno się mówić: żywy system materialny” – z tą definicją Gántiego nawet się zgadzam. Ale nie mówi ona za dużo o istocie życia, poza tym, że jest ono jakimś systemem (materialnym).

Zgadzam się za to z definicją którą przedstawił Lee Smolin , który zdefiniował termodynamicznie życie jako: samoorganizujący system nierównowagowy, którego procesami rządzi program, przechowywany w postaci symbolicznej (informacja genetyczna), zdolny do reprodukcji, włącznie z tym programem.

Należy to ująć dokładniej:
Życie jest stanem stabilnego, pomimo narastającej entropii otoczenia, nieuporządkowania/uporządkowania termodynamicznego, zachowującym w przybliżeniu stabilną entropię własną i funkcjonującym w tym stanie kosztem zwiększania entropii otoczenia,  jako w pełni samodzielny (w znaczeniu: nie wymagający zewnętrznej pomocy) nieredukowalny pod względem tej właściwości system.

Co do samego „programu”, to w wypadku najprostszego życia zgadzam się, pod warunkiem, że potraktujemy go podobnie jak informację i system informacji – jako konkretne stany, przekładające się na inne konkretne stany zgodnie z prawami natury,nie jako skomplikowany twór wymagający „programisty”. (Program mógł wyewoluować sam !)

W moim zatem rozumieniu, samopodtrzymująca się (to właśnie jest kluczowe – nie wynikająca już tylko z czynników zewnętrznych) samoorganizacja może być swego rodzaju początkiem życia – w bardzo prymitywnej wersji.

Z punktu widzenia teorii informacji twierdzi się:

„Życie to czasowa zdolność (cecha) swoistego systemu, sterowanego przez informację i przetwarzającego informację, wykorzystywania i przekazywania zawartej w nim informacji semantycznej.”

Moim zdaniem jest to niestety tylko definicja samoorganizacji, pozbawiona klucza, jakim jest kompleksowa zdolność procesu do samodzielnego podtrzymania swego przebiegu, w obrębie systemu w jakim funkcjonuje. (to jak głęboka to samodzielność,to inna sprawa)

Na tej podstawie zatem możemy określić życie jako specyficzną formę samoorganizacji, która sama się podtrzymuje korzystając z właściwości swoich (i środowiska). Sam  proces samoorganizacji jest coraz lepiej poznawany i wbrew pozorom jego „komplikacja” i „cudowność” wynika tylko z kompleksowości zjawisk. Na drodze jednak do stworzenia systemów, które będziemy mogli określić w pełni uczciwie „żywymi”, lub zbliżonymi do żywych stoi jeszcze brak ich zdolności do utrzymania swojego funkcjonowania w sposób trwały, przynajmniej teoretycznie w miarę samodzielnie, bez naszej pomocy.

Nie wynika z tego absolutnie,że osoby potrzebujące cudzej pomocy czy pomocy urządzenia do życia są martwe (bo to bzdura) nie bawmy się tu w tak skrajne upraszczanie i filozofowanie – to jest blog techniczny. Rzecz tylko w tym oto PODSUMOWANIU:

    Powstanie życia wcale nie było nierozwiązalnym problemem jak się potocznie uważa. Wymagało zaistnienia odpowiedniego procesu samoorganizacji materii „ożywionej” w korzystnym środowisku i wytworzenia się skutecznych (aczkolwiek relatywnie prostych) „narzędzi”, uodparniających samoorganizującą się materię przynajmniej częściowo na niekorzystne warunki środowiska. (Określone) Środowisko jest powiązane z istnieniem (określonego) życia w sposób wyjątkowo ważny,a sama częściowa niezależność od niego – jako cecha życia – wynika z możliwości zaistnienia warunków szkodliwych. Oprócz samoorganizacji, warto zwrócić również uwagę na procesy zapewniające aktywne utrzymanie stanu własnego przez układy materialne i informacyjne wbrew czynnikom zewnętrznym. (Szczególnie,że w gospodarce rynkowej, gdzie wymiana produktów jest intensyfikowana np. poprzez planowe postarzanie, trwałość jest cechą coraz mniej cenioną).

A życie to forma podtrzymującej się samoorganizacji, funkcjonującej pomimo presji termodynamicznej.

Reklamy

3 thoughts on “Na tropie zdefiniowania zagadki życia i jego początków

    • W sumie to blog bardziej techniczny,a ten artykuł to takie wprowadzenie i sprostowanie kilku rzeczy (żeby mi się nikt potem nie kłócił,że samoorganizacja to jakiś „drobiazg” gdy to jeden z kluczowych elementów w materii „ożywionej”), takie zabezpieczenie terenu i wyrażenie opinii jak to było z chatbootem E.Goostman i testem Turinga 😉 – ale się zobaczy,sprawa realności a (może nierealności) „Symulacji Mózgu” niczym w filmie „Transcendence” (film już parę miesięcy ma więc tak komerchą już nie zaśmierdzi) i dalszego ciągu mojej opinii na temat rozwoju Sztucznej Inteligencji mam w planach TEŻ.Na razie jednak priorytetem będzie ruszenie wreszcie sprawy samoorganizacji w najbliższym czasie i przełożenie tego wreszcie na ruszenie tematu materiałów samoleczących i może elektroniki samonaprawiającej (tak – akurat chyba też troche wspomnę o FPGA ),zwłaszcza że w ten temat dopiero sam wchodzę – a chciałbym pilnie przedstawić.Choćby po to,by zainteresować lepszych od siebie,bo w kraju jesteśmy tak strasznie zapóźnieni,że poza kilkoma instytutami i doktorkami może – pies z kulawą nogą nie kojarzy. Co wkurza,bo zapóźnienie u nas straszne. Dziś zaś newsy…

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s