Вопрос о физике жизни — это больше, чем философский вопрос; он имеет практическое значение для поиска жизни в других частях галактики. Мы знаем, как выглядит жизнь на Земле на разных уровнях, но поиск её на другой планете может потребовать переосмысления самого понятия жизни.
Новая концепция определения жизни
В новой статье Стюарт Бартлетт из Калифорнийского технологического института и его соавторы предлагают новую основу для определения жизни, которая выходит за рамки того, что мы понимаем под жизнью на основе нашего единственного «голубого пятнышка» (Пale Blue Dot). Исследование опубликовано в журнале PRX Life.
Согласно предложенной концепции, жизнь — это не просто химический или термодинамический процесс, это информационный процесс. В частности, он включает в себя обработку того, что авторы называют Семантической Информацией (СИ). По их определению, СИ — это информация, которая помогает организму выжить, например, «не ешьте эти красные ягоды». Синтаксическая информация — это просто необработанные данные, которые жизнь может игнорировать как «шум» без каких-либо последствий для своей жизнеспособности.
Жизнеспособность — один из ключей к пониманию этой концепции. Авторы определяют жизнь как имеющую внутреннюю, относительно простую цель — не умереть. С другой стороны, что-то, что имеет сложные химические и термодинамические системы, например, камень или ураган, не заботится о своей гибели.
Жизнь должна постоянно отслеживать своё окружение с точки зрения доступной пищи, внешней температуры и наличия токсинов. Эти фрагменты информации — все они являются СИ, то есть они оказывают материальное влияние на жизнеспособность организма.
Столпы концепции жизни
Это понимание представляет собой глубокое погружение в один из столпов концепции жизни, первоначально предложенной доктором Бартлеттом как способ понимания «универсальной жизни». Она состоит из четырёх столпов:
* Диссипация (использование энергии);
* Автокатализ (рост);
* Гомеостаз (стабильность);
* Обучение (обработка информации).
Определение СИ, описанное в статье, подробно раскрывает четвёртый столп.
Происхождение жизни
Одной из наиболее интересных частей этой концепции является её влияние на исследования происхождения жизни. Обычно учёные думали о происхождении жизни не как о появлении первой конкретной молекулы, такой как ДНК, а как об информационном переходе, когда молекулы начали обрабатывать информацию вокруг себя для повышения своей жизнеспособности.
Химический сад и машина Эпсилон
Химический сад — это структура, которая самоорганизуется путём смешивания металлических солей в растворе. Для эксперимента также требуется инструмент, называемый машиной Эпсилон, которая представляет собой тип алгоритма, используемого в этом контексте в качестве генератора шаблонов, но скрывающего шаблоны за слоями сложности.
Если подключить этот алгоритм к генератору функций для генерации электрических сигналов, он может эффективно замаскировать сложный шаблон в этих сигналах. Подключив выход генератора функций к химическому саду, можно увидеть, как «тупые» минералы реагируют определённым образом, отражая скрытый шаблон, разработанный алгоритмом.
Измерение роста сада с внутренним состоянием машины Эпсилон обеспечивает фальсифицируемые доказательства, необходимые для того, чтобы доказать, может ли химический сад начать обрабатывать информацию — в частности, сопоставляя свою внутреннюю структуру с шаблоном, предоставленным машиной Эпсилон.
Поиск жизни на других планетах
Для обнаружения своего окружения и повышения жизнеспособности структура клетки должна иметь датчики, которые могут отслеживать окружающую среду. Физика накладывает ограничение на минимальный размер клетки, способной вместить это сенсорное оборудование — 0,4 мкм. Если клетка будет меньше, броуновское движение нарушит её способность точно определять окружающую среду.
В конечном счёте это означает, что минимальный размер клетки должен быть одинаковым везде — будь то на Земле или на Титане (который в статье используется в качестве примера). Это также должно относиться к жизни на других планетах, хотя вопрос о том, как мы сможем обнаружить группу клеток диаметром 0,4 мкм с расстояния в световые годы, остаётся загадкой на данный момент.
Однако мы можем найти жизнь на других планетах, «потыкав» её. В контексте инопланетной жизни, если мы отправим сигнал на другую планету, и она ответит «умным» ответом, это будет явным доказательством наличия жизни. Нам просто нужно расширить наше определение того, что такое «умный» ответ. Скорее всего, это будет увеличение количества информации, поступающей с этой конкретной планеты, хотя поиск этой информации сам по себе является сложным процессом.
Мы также можем использовать теорию сборки, чтобы измерить, насколько сложна молекула на другой планете. В некоторых случаях могут быть молекулы, которые слишком сложны для формирования случайным образом и должны были быть созданы процессом, использующим информацию, таким как эволюция.
Концепции обычно помогают нам думать о мире, и эта не является исключением. Она также содержит некоторые фальсифицируемые тесты, которые заинтересованные учёные могут провести относительно недорого. Всё ещё ведутся споры о том, следует ли нам отправлять сигналы на другие планеты, а не просто принимать их, но тот факт, что мы потенциально можем найти жизнь по тому, как она реагирует на эти сигналы, является ещё одним аргументом для рассмотрения.
Пока что эта концепция — полезный инструмент в арсенале астронома, но если она пройдёт некоторые фальсифицируемые тесты, она может однажды помочь переосмыслить наш разговор о том, как зародилась жизнь во Вселенной.