Ученые из ведущих институтов описывают революционное открытие: «недостающий закон природы». Этот закон показывает, что эволюция не ограничивается живыми существами и распространяется на все сложные природные системы, от атомов и звезд до минералов. Результаты исследования опубликованы в научном журнале PNAS.
Этот «Закон увеличения функциональной информации» утверждает, что конфигурации любой системы подвергаются отбору для конкретной функции, и происходит эволюция. Такое открытие переосмысливает наше понимание Вселенной, от происхождения жизни до свойств звезд.
По сути, новый закон гласит, что сложные природные системы развиваются до состояний большей структуры, разнообразия и сложности. Другими словами, эволюция не ограничивается жизнью на Земле, она также происходит в других чрезвычайно сложных системах: от планет и звезд до атомов, минералов и многого другого.
Работа, написанная командой из девяти человек — ведущими учёными из Научного института Карнеги (Carnegie Institution for Science), Калифорнийского технологического университета и Корнелльского университета (Cornell University), а также философами из Университета Колорадо (University of Colorado).
«Макроскопические» законы природы описывают и объясняют явления, ежедневно наблюдаемые в мире природы. Например, законы природы, связанные с силами и движением, гравитацией, электромагнетизмом и энергией, были описаны более 150 лет назад.
Новая работа представляет собой современное дополнение — макроскопический закон, признающий эволюцию общей чертой сложных систем мира природы, которые характеризуются следующим образом:
Независимо от того, является система живой или неживой, когда новая конфигурация работает хорошо и функции улучшаются, происходит эволюция.
В «Законе увеличения функциональной информации» говорится, что система будет развиваться, «если множество различных конфигураций системы подвергаются отбору для одной или нескольких функций».
«Важным компонентом этого предложенного естественного закона является идея «отбора по функции», — считает астробиолог Карнеги Майкл Вонг (Michael Wong), автор исследования.
В случае с биологией Дарвин отождествлял функцию прежде всего с выживанием — способностью жить достаточно долго, чтобы производить плодовитое потомство.
Авторы нового исследования расширяют эту точку зрения, отмечая, что в природе встречаются по крайней мере три вида функций.
Самой основной функцией является стабильность: для продолжения выбираются стабильные расположения атомов или молекул. Также для сохранения выбраны динамические системы с постоянными поставками энергии.
Третья и наиболее интересная функция — это «новизна» — тенденция развивающихся систем исследовать новые конфигурации, которые иногда приводят к поразительно новому поведению или характеристикам.
Эволюционная история жизни богата новшествами: фотосинтез развился, когда отдельные клетки научились использовать энергию света, многоклеточная жизнь возникла, когда клетки научились «сотрудничать», а виды развились благодаря новым полезным формам поведения, таким как плавание, ходьба, полет и мышление.
Такая же эволюция происходит и в минеральном царстве. Самые ранние минералы представляют собой особенно стабильное расположение атомов. Эти первичные минералы послужили основой для следующих поколений минералов, которые участвовали в зарождении жизни. Эволюция жизни и минералов переплетаются, поскольку жизнь использует минералы для изготовления панцирей, зубов и костей.
Действительно, минералы Земли, которых на заре нашей Солнечной системы насчитывалось около 20, теперь насчитывают почти 6000 известных сегодня благодаря все более сложным физическим, химическим и, в конечном итоге, биологическим процессам, происходящим на протяжении 4,5 миллиардов лет.
Что касается звезд, в статье отмечается, что только два основных элемента – водород и гелий – образовали первые звезды вскоре после Большого взрыва. Эти самые ранние звезды использовали водород и гелий для создания около 20 более тяжелых химических элементов. И следующее поколение звезд, опираясь на это разнообразие, произвело еще почти 100 элементов.
«Чарльз Дарвин красноречиво сформулировал, как растения и животные развиваются путем естественного отбора, с множеством вариаций и особенностей особей и множеством различных конфигураций», — комментирует Роберт Хейзен (Michael Wong), руководитель исследования.
«Мы утверждаем, что дарвиновская теория — это всего лишь очень особый и очень важный случай в гораздо более широком природном явлении. Представление о том, что отбор функций управляет эволюцией, в равной степени применимо к звездам, атомам, минералам и многим другим концептуально эквивалентным ситуациям, когда многие конфигурации подвергаются давлению отбора».
Сами авторы исследования представляют собой уникальную междисциплинарную конфигурацию: три философа науки, два астробиолога, специалист по данным, минералог и физик-теоретик.
Доктор Вонг добавляет: «В этой новой статье мы рассматриваем эволюцию в самом широком смысле — изменение во времени, — которое включает в себя дарвиновскую эволюцию, основанную на особенностях «происхождения с модификациями». Вселенная порождает новые комбинации атомов, молекул, клеток и т. д. Те комбинации, которые стабильны и могут порождать еще больше новизны, будут продолжать развиваться. Именно это делает жизнь самым ярким примером эволюции, но эволюция происходит повсюду».
Среди многих выводов научной статьи:
Законы природы – движение, гравитация, электромагнетизм, термодинамика – и т. д. кодифицируют общее поведение различных макроскопических природных систем в пространстве и времени.
Авторы другого исследования утверждают, что морские змеи обрели цветовое зрение благодаря редкой генетической эволюции
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗМЦ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
