Складні системи, що еволюціонують, рясніють у нашому Всесвіті, навіть поза межами біології. Від росту зірок до пребіотичної хімії, різноманітні суміші матеріалів часто можуть перетворюватися на набагато складніші форми.
Проте, на відміну від багатьох інших фізичних явищ, їхня мінлива природа ще не представлена дискретним законом.
Так вважає американська команда астробіологів, філософів, мінералогів, фізиків-теоретиків та спеціалістів з обробки даних, які описали “відсутній закон” природи в новій інтригуючій рецензованій статті.
“Враховуючи повсюдність систем, що еволюціонують у природному світі, здається дивним, що один або кілька законів, що описують їхню поведінку, не з’явилися раніше”, – пишуть автори.
Власний “закон збільшення функціональної інформації” говорить, що еволюція у всіх її формах неминуче призводить до більшої впорядкованості, різноманітності та складності в природних складних системах.
Еволюція, безумовно, не є унікальною для біосфери Землі; вона відбувається і в інших надзвичайно складних системах, таких як наша Сонячна система, зірки, атоми і мінерали.
“Всесвіт генерує нові комбінації атомів, молекул, клітин тощо”, – говорить перший автор дослідження, астробіолог Майкл Вонг з Інституту науки Карнегі у Вашингтоні, округ Колумбія.
“Ті комбінації, які є стабільними і здатні породжувати ще більше новизни, будуть продовжувати еволюціонувати. Саме це робить життя найяскравішим прикладом еволюції, але еволюція відбувається всюди”.
У статті описується, як лише водень і гелій – два найпоширеніші елементи на момент Великого вибуху – об’єдналися, щоб сформувати перші зірки. До кінця свого життя зоря може генерувати понад 100 елементів з приблизно 2000 різновидів ізотопів.
На Землі величезне розмаїття мінеральних “видів” виникло з простих початків, коли планета формувалася від 4,55 до 2,5 мільярдів років тому. Зараз на Землі відомо понад 5900 видів мінералів, які ставали все більш хімічно складними в міру того, як нові форми життя виділяли кисень в атмосферу.
Реакція заліза з кисневими мінералами відкрила нову еру в давньому житті і заклала основу для нашої власної еволюції в тандемі з іншими мінералами.
Складність мінералогії земної поверхні зростала в міру того, як життя еволюціонувало від одноклітинних до багатоклітинних організмів і формувалися екосистеми. Широкий спектр мінералів, що утворилися, змінював хід еволюції та її варіанти.
Біологічні та мінеральні системи постійно взаємодіють, впливаючи на різноманітність одна одної, і життя, яким ми його знаємо, є результатом цієї взаємодії.
“Ці системи, що еволюціонують, виявляються концептуально еквівалентними, оскільки вони мають три помітні ознаки”, – пишуть автори.
“1) Вони формуються з численних компонентів, які мають потенціал для прийняття комбінаторно величезної кількості різних конфігурацій; 2) існують процеси, які генерують численні різні конфігурації; і 3) конфігурації переважно обираються на основі функцій”.
Отже, чи є щось у способі передачі інформації, що пояснює спільні характеристики, здавалося б, різноманітних систем, які еволюціонують? Чи може існувати універсальна основа для відбору? Команда вважає, що обидві відповіді є позитивними.
“Важливим компонентом запропонованого природного закону є ідея “відбору за функцією”, – каже Вонг.
Згідно з Дарвіном, основна функція організму в контексті біології полягає в тому, щоб забезпечити власне виживання на час, достатній для успішного розмноження. Команда каже, що ця нова пропозиція розширює наше розуміння, вказуючи на існування трьох різних типів функцій у природному світі.
Найфундаментальнішу функцію ми можемо назвати “статичною стійкістю” – підтримання стабільних атомних або молекулярних структур.
“Динамічна стійкість” описує, як динамічні системи, що мають доступ до постійних джерел енергії, також мають більше шансів на виживання.
І нарешті, “генерування новизни” означає схильність систем, що еволюціонують, генерувати нові конфігурації, які можуть призвести до несподіваної нової поведінки або характеристик.
Вонг і його команда зазначають, що фізичні закони руху, гравітації, електромагнетизму і термодинаміки керують функціями макроскопічних природних систем у просторі і часі. Тож цілком логічно, що ми повинні мати закон природи для еволюції.
“Асиметрична траєкторія, заснована на функціональності, може здатися антитезою науковому аналізу”, – підсумовує команда.
“Тим не менш, ми припускаємо, що відбір, заснований на статичній стійкості, динамічній стійкості і генерації новизни, є універсальним процесом, який призводить до появи систем з підвищеною функціональною інформацією”.
Дослідження було опубліковано в Proceedings of the National Academy of Sciences..
