mns2012 (mns2012) wrote in biosemiotics,
mns2012
mns2012
biosemiotics

Category:

Статья Абеля о сильно неравновесных состояниях динамических систем в пребиотической среде

Интереснейшая статья Д.Абеля (кусок из его новой книги "Primordial Prescription"). Книгу я успел скачать, пока она висела в свободном доступе на его странице на academia.edu.


James_Clerk_Maxwell
Британский физик, математик и механик
Джеймс Максвелл (1831-1879)

Всем технарям по образованию, вероятно, известен с университетских времен мысленный эксперимент Дж. Максвелла. Напомню, о чем речь. Предположим, у нас есть запаянный двухкамерный сосуд (обмен теплом с окружающей средой исключен), в каждой из камер которого находится один и тот же инертный газ, в одной камере - более нагретый, чем в другой. Между камерами существует перегородка. После открытия перегородки молекулы газа свободно передвигаются из одной камеры в другую, вследствие чего в сосуде устанавливается динамическое равновесие (температурный дифференциал стремится к 0). Законы движения материи не могут обеспечить воссоздания первоначального значения температурного дифференциала > 0 даже в предположении отсутствия рассеяния тепла из сосуда. Невозможно собирание более нагретого газа в одной камере, а менее нагретого - в другой без управления движением каждой молекулы. Чтобы проиллюстрировать это, Дж. Максвелл и предложил мысленный эксперимент, введя абстрактное существо, которое с целью сортировки молекул должно следить за их перемещением мимо перегородки, открывая и закрывая ее и тем самым управляя переходом нужного "сорта" молекул в нужную камеру (скажем, зеленых в правую, а красных в левую).

heat_differential
Двухкамерный сосуд с инертным газом после удаления перегородки. Молекулы газа с большей кинетической энергией изображены красным, с меньшей - зеленым (демона уж рисовать не буду).


Среди прочего автор отмечает, что подозрения, что абстрактный демон Максвелла должен был быть информирован о том, какие процессы разрешать, а какие гасить для организации жизни, возникали уже в 1960-х гг (в статье есть ссылка на работу 1964 г.).

Но кто-нибудь может сказать: а что, если взять не один инертный газ, а два газа, способных вступать друг с другом в реакцию или в такое физическое взаимодействие, которое бы могло спонтанно разделить газы после смешивания? Разумеется, спонтанное нарушение термодинамического равновесия с последующим движением системы от него возможно. Однако подобные фазовые переходы между хаосом и порядком не могут отвечать за появление формальной функциональной организации, например, такой, какая имеется в системе трансляции генетического кода всех без исключения живых организмов.

Ну, не получается никак обойтись без интеллекта, хоть ты тресни, для создания не то, что клетки, но хотя бы биополимеров достаточной длины. Спонтанная полимеризация возможна, хотя и с трудом, но практический предел составляет несколько десятков меров, никак не сотни. Белки начинаются со 150-меров. Но даже эти проблемы выглядят незначительной частностью по сравнению с тем, что биополимеры (например, мессенджер-РНК) должны еще при всем при том нести полезную информацию, которую нужно на них записать и впоследствии считать.


  • Вопрос о том, почему нужны именно макромолекулы — отдельная интересная проблема. Я могу привести лишь краткую характеристику этой проблемы, основываясь на том, что я прочел у Ховарда Патти: макромолекулярная химия позволяет достичь компромисса между глобальной химической стабильностью структуры и локальной ее адаптируемостью; плюс к этому должна быть обеспечена достаточная информационная емкость, а это возможно только при условии сравнительно большой длины молекул. Что интересно: сложность организма не коррелирует с длиной генома (так называемый C-парадокс). Например, геном карпа короче генома амёбы.


Абель не останавливается лишь на согласии с тем, что демон Максвелла должен быть информирован о том, чего "требуется" достичь. Он утверждает, что помимо информированности демон Максвелла должен принимать решения исходя из информации, которой он обладает.

Оценка редкости белковой функции (Абель приводит результаты, полученные Дугласом Эксом в 2004 г.): в среднем, лишь один 150-аминомер из 1074 стохастических ансамблей 150-аминомеров способен сворачиваться в функциональную 3-мерную конфигурацию (с учетом возможности синонимических замен в аминомерах, совместимых с заданной функцией). Для сравнения: в видимой части вселенной находится порядка 1080 атомов.
Tags: организация, предписания, термодинамика
Subscribe

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic
  • 0 comments