عدم تناسق الحياة

مرحبًا لا أعرف عنك ، لكنني أردت دائمًا ألا أعرف شيئًا فقط ، ولكن أيضًا فهم ما أعرفه. المعرفة التي يقدمها النظام التعليمي ، في شكل مجموعة غير مترابطة من الحقائق حول العالم ، تتطلب دائمًا جهودًا كبيرة لإبقائها في رأسها ، لكنها كانت كافية لفهم المبدأ المنطقي أو الانتظام الذي يتوافق مع ظهور هذه الحقائق وكان من الممكن التخلص منها بضمير مرتاح ، وترك في الرأس ، فقط القاعدة نفسها ، وإذا لزم الأمر ، استنتاج الحقيقة اللازمة من هذا المبدأ.

والعلوم التي تحتوي على أكثر الحقائق المحشوة بدون تفسيرات منطقية بالنسبة لي كانت دائمًا تلك المتعلقة بالحياة العضوية وبنيتها ، للتأكد من ذلك ، افتح كتاب علم الأحياء ، على سبيل المثال ، في قسم الحمض النووي ، سيكون هناك وصف مفصل لبنية ووظائف الحمض النووي ، ولكن ليس كلمات حول لماذا يجب أن يعمل كل هذا بنفس الطريقة وليس بأي طريقة أخرى. ربما هذا هو السبب في أن معرفتي بهذه المواضيع كانت دائمًا فاشلة للغاية. تدور هذه المقالة حول محاولة سد الثغرات وإدخال الحقائق حول الحياة العضوية في نظام متماسك لن يجيب فقط على السؤال "كيف؟" لكنه يمكن أن يعطي أيضًا اتجاهًا عامًا يحتاج المرء إلى التحرك فيه للإجابة على السؤال "لماذا؟". لذا دعنا نذهب!

"قد تكون عناصر التماثل موجودة في ظواهر مختلفة ، لكنها ليست ضرورية ؛ لوجود الظواهر ، فقط غياب عناصر معينة من التناظر هو ضروري". بيير كوري

"معرفة القليل من المبادئ تعفي من معرفة الكثير من الحقائق". رينيه ديكارت

المحتوى:

1. "تماثل الفوضى" - النظر في علاقة التماثل والطاقة والمعلومات ؛
2. "الأنظمة الحية التي تنتهك الاضطراب" - نحن نحقق في الاختلافات بين الطبيعة الحية وغير الحية من حيث الكون الإعلامي ؛
3. "التكرار الذاتي المعقول" - النظر في التطور البيولوجي في إطار نظرية التكرار الذاتي ؛
4. "الحياة ++" - سنوضح كيف تتسق المبادئ المنطقية اللازمة لعمل المكرر الذاتي مع البنية الأساسية للنيوكليوتيدات والحمض النووي ؛
5. "ملعقة من قطران مراوان" - سنتعرف على ظاهرة نقاء مراوان الجزيئات العضوية ؛
6. "مصدر الحياة غير المتماثل" نعتبر كيف يتم استخدام انتهاك تناظر الجزيئات العضوية بواسطة الأنظمة الحية ؛
7. الخلاصة

تناظر الفوضى

ما هو أكثر ما يمكن أن تتخيله؟ يتخيل الكثير ممن لديهم هذا السؤال كرة ، وفي الواقع تقع كل نقطة على سطح الكرة على مسافة متساوية من المركز ، ولكن إذا أخذت نقطة أخرى في العمق ، فإن التماثل مكسور بالفعل. بالتأكيد ، يمكن اعتبار حالة التناظر المثالية التقريبية مساحة لا نهائية تتكون من فراغ مادي مطلق لا يحتوي على حقول ولا جزيئات ، بدون مركز حدود ، ستكون كل نقطة من هذه المساحة مساوية لنقطة أخرى ، لوصف مثل هذه المساحة تحتاج إلى الحد الأدنى من المعلومات ، لأنه لا شيء يصفه.

لحسن الحظ ، لا تتوفر حالة التناظر المطلق في عالمنا المادي. الحد الأقصى لحالة التماثل الممكنة في هذا الصدد هو الفضاء بين النجوم ، ولا يوجد أي شيء فيه تقريبًا ، ويبدو أنه لا نهائي ، ولكن على عكس الفراغ الحقيقي ، يتم اختراقه من خلال الحقول التي تتذبذب باستمرار وبشكل عشوائي ، وتتقلب بسرعة تصل إلى مليون مليار (10 في 24 درجات) مرة في الثانية على مقياس يمكن مقارنته بملايين جزء من المليار (10 إلى ناقص 15 درجة) من المليمتر. يمكننا أن نتصور الاهتزازات الأكبر والأكثر استقرارًا كجزيئات منفصلة ، ويمكن مقارنة ذلك بكيفية اعتبار موجة التسونامي كجسم منفصل ، ولكن هذا ليس أكثر من اختلاف مضغوط للتموجات على سطح الماء. بفضل التقلبات المستمرة في الحقول ، لدينا الكثير من المرح وكسر عشرات العقول الذكية مثل مبدأ عدم اليقين والطاقة المظلمة. من الممكن أن تقرأ بمزيد من التفصيل في مقالة مراجعة حول حبري ، وأن تنظر أيضًا إلى وصف الفيديو:

https://www.youtube.com/watch؟v=Qhowc1PSO4E

تصور تقلبات مجال الجلون

لذا ، نرى أن حالتنا الحقيقية للتناظر الأقصى تختلف تمامًا عن المثالية ، وعلى النقيض من ذلك ، لديها أقصى قدر من عدم اليقين ، أي يتطلب أقصى قدر من المعلومات لوصف أو لديه أقصى درجة من الكون ( https://ru.wikipedia.org/wiki/Information_entropy ) للتأكد من ذلك ، فلنلق نظرة على مثال واحد بسيط:

تخيل لوحة مملوءة بالماء إلى الحواف ، بحيث يشكل التوتر السطحي سطحًا محدبًا ، متناظرًا فيما يتعلق بحواف الوعاء ، ضعه بلطف على هذا السطح ، على سبيل المثال ، كرة بينج بونج ، بالضبط في المركز ، في أعلى نقطة. هناك عدد كبير من الخيارات ، حيث يتحرك الكرة على طول سطح الماء ، وسيعتمد اتجاهها على نتيجة مليارات التصادمات العشوائية مع جزيئات الماء نتيجة للحركة الحرارية ، ولحساب هذه النتيجة تحتاج إلى معرفة سرعة واتجاه جميع هذه الجزيئات ، يمكنك بالتأكيد القول أن هذه كمية كبيرة جدًا من المعلومات وأن عدم إمكانية التنبؤ (الانتروبيا) لهذا النظام كبير جدًا أيضًا (الشكل 1). ولكن ماذا لو كسرت تناظر النظام؟ على سبيل المثال ، من خلال رفع حافة واحدة من اللوحة بالنسبة إلى الأخرى ، ستبدأ قوى الطبيعة عملها فورًا لاستعادة هذا الظلم الرهيب ، وسيتدفق الماء من الوعاء الذي يسطح المستوى ، وسوف يصب الماء المتدفق الكرة ويمكن بالفعل وصف حركتها ببساطة عن طريق معرفة سرعة واتجاه تدفق المياه (الشكل. .2) لكن الدفق لن يخلق نفسه ، من أجل إنشاء الدفق سيكون عليك كسر التماثل ، أي لجلب الطاقة إلى النظام من الخارج.



من هذا يمكننا استخلاص ما يلي:

1. النظام ذو التماثل الأكبر لديه إنتروبيا أكبر - عدم اليقين أو مقياس لكمية المعلومات المطلوبة لوصفه ، وفي نفس الوقت طاقة أقل ؛
2. كسر التماثل يقلل الانتروبيا ويبدأ العملية ؛
3. الطبيعة تحب التناظر ، تميل جميع الأنظمة إلى حالة التوازن والحد الأدنى من الطاقة ؛
4. يمكن اعتبار أي عمليات كمحاولة للنظام للعودة إلى حالة التماثل أو الحد الأدنى من الطاقة.

"مرة أخرى نؤكد: مفهوم أقصى الإنتروبيا ينطوي على أكثر الفوضى ، وبالتالي الحالة الأكثر تماثلًا للنظام. جميع العمليات العفوية في الطبيعة تتجه نحو زيادة الإنتروبيا ". ( Http://cyclowiki.org/wiki/Paradoks_peremeshivaniya )
في الواقع ، يمكننا أن نقول على وجه اليقين أن جميع العمليات التي نلاحظها هي أصداء للتناظر الذي تم كسره جيدًا مرة واحدة ، والذي لحسن الحظ لم يتعاف تمامًا بعد ، ولكن لا يمكنك الصخب ضد الإنتروبيا ، وسيأتي كل الأنظمة عاجلاً أم آجلاً إلى التوازن وستتوقف النواقل في جميع الساعات ، أو أي استثناءات؟

أنظمة اضطراب المعيشة

إذا اعتبرنا الكائنات الحية من وجهة نظر الإنتروبيا ، يمكننا أن نرى أنه ، على عكس جميع الأنظمة غير الحية المحيطة ، التي تنزلق في أي فرصة إلى حالة من الفوضى ، تنتج الأنظمة الحية في النهاية هياكل أكثر تعقيدًا ومرتبة ، من جزيئات بسيطة ذاتية التكرار إلى من الدماغ البشري ، مما يدل على الحركة العكسية - تقليل الإنتروبيا.

لفهم هذا البيان بشكل أفضل ، دعنا نحاول تقريبًا تقريبًا مقارنة إنتروبيا كائن حي ، على سبيل المثال شخص يزن 70 كجم. ، مع إنتروبيا نظام يتكون من نفس عدد الذرات.



الانتروبيا لنظام يتكون من 70 كجم. من الذرات المضطربة ، يكون الحجم كبيرًا جدًا ويتناسب مع عددها ، أي لتحديد هذا النظام ، سوف نحتاج إلى وصف حالة الذرّات من حوالي 6.7 * 10 إلى الدرجة 27 (6.7 مليار مليار) من الذرات. ماذا عن الكائن الحي؟ يتم تخزين جميع المعلومات اللازمة لتجميع النظام البشري في حمضها النووي ، وهو تسلسل طويل من عدة أنواع من الجزيئات المتطابقة ، أي في حالة نظام حي ، يكفي لنا أن نعرف فقط تكوين سلسلة DNA التي تتكون من 6 مليارات جزيء فقط ، يتكون كل منها من حوالي 30 ذرة ، وهذا هو 18 * 10 إلى القوة العاشرة أي. مجموع 180 مليار ذرة. ثم ، بواسطة علاقة بسيطة ، يمكننا تقدير الفرق في ترتيب إنتروبيا هذه الأنظمة:

6.7 * 10 ^ 27 ÷ 18 * 10 ^ 10 ≈ 3.7 * 10 ^ 16

إجمالًا ، وفقًا لأدق التقديرات ، فإن إنتروبيا نظام الإنسان "Man" مع نفس الكتلة من المادة أقل من كتلة الذرات غير الحية بـ 16 مرتبة من الحجم ، أي عشرات الملايين من المليارات من المرات! (يمكن العثور على مزيد من المعلومات حول إنتروبيا الأنظمة هنا: studfiles.net/preview/953337/page : 31 /، sernam.ru/book_tp.php؟id=104 ). يبدو أن الأنظمة الحية قد مسحت أنف الكون جيدًا. ولكن بفضل أي نوعية ينجحون في مثل هذه الحيلة الفريدة؟

المكرر الذاتي المعقول

نظرًا لأننا قررنا التحدث عن الحياة ، فإن الأمر يستحق التحول إلى نظرية التطور أيضًا. في هذا الأمر ، هي سلطة مطلقة. إذا تجاهلنا كل ما هو غير ضروري ، في الأساس ، تدعي هذه النظرية أن تطوير جميع تنوع الحياة البرية الذي نلاحظه ملزم بالنقل المستمر وتعديل المعلومات الوراثية بين أجيال الكائنات الحية. تساهم التعديلات الناجحة في استنساخ أكثر كفاءة (النسخ الذاتي) لحاملها ، وخلق علاقة إيجابية معكوسة ، وغير ناجحة على العكس. وهكذا ، بتراكم التعديلات الناجحة ، تكتسب الكائنات الحية أشكالًا أكثر تعقيدًا ومرتبة ، مما يؤدي إلى كسر التماثل الأساسي بشكل متزايد.

استنادًا إلى هذا الاختلاف الرئيسي بين الأنظمة الحية والأنظمة غير الحية ، في الاعتبارات الأكثر عمومية ، من الممكن تخيل جميع الكائنات الحية على أنها مجرد برامج ذاتية التكرار والتغيير الذاتي للحمض النووي مع رمز مثل:

التعليمات 1: <إنشاء: [تعليمات عشوائية]>
التعليمات 2: <تنفيذ: [تعليمات أولية] + [تعليمات عشوائية]>
التعليمات 3: <الكتابة: [التعليمات الأصلية] = ([التعليمات الأصلية] + [تعليمات عشوائية])>
التعليمات 4: <نسخة: [جميع التعليمات أعلاه] + [تعليمات 4]>

نتيجة لتنفيذ مثل هذا البرنامج ، سوف نحصل على نسخة متغيرة منه ، والتي ستكون مختلفة عن الأصل بسبب خلط التعليمات العشوائية في التعليمات الأصلية ومن ثم ستقوم أيضًا بإنشاء نسختها المعدلة ، إلخ. إذا تبين أن الطفرات غير ناجحة وحدث خطأ أثناء تنفيذها ، فلن يصل البرنامج إلى مرحلة النسخ ، لذلك لن يتم تمريرها إلى الجيل التالي.

يكفي وضع مثل هذا البرنامج في بيئة مناسبة للعمل ، وتركه لنفسك ، وبعد بضع مليارات من السنين فقط ، ستحصل على مجموعة متنوعة من تطور الأنواع ، دون تكاليف تطوير إضافية.


الأصل

تم اقتراح مفهوم برامج النسخ الذاتي في عام 1951. - فون نيومان هو عالم رياضيات وفيزيائي رائع ، وهو رجل بالكاد يمكن المبالغة في مساهمته في علم القرن العشرين ، والد نظرية اللعبة ، واللغة الرياضية لميكانيكا الكم ، بالإضافة إلى تكنولوجيا الكمبيوتر الحديثة ، أي الهندسة المعمارية التي سميت باسمه تنتج الآن معظم أجهزة الكمبيوتر. (المزيد عن نظرية النسخ الذاتي في مقال من PostNauki وأيضًا في المقالة الأصلية التي كتبها Von Neumann ).

الحياة ++

لقد رأينا بالفعل أن الأنظمة الحية تعمل باستمرار على التعقيد الذاتي والتنظيم الذاتي بسبب القدرة على تجميع وتعديل ونسخ المعلومات الوراثية الخاصة بها. من أجل فهم أفضل لكيفية عمل هذه الوظائف ووضعها في نظام منطقي ، دعونا ، كتجربة فكرية ، محاولة محاكاة أصل الحياة وكتابة برنامج نسخ من الصفر ، تخيل أن لدينا فقط ما لدينا الطبيعة في متناول اليد: قوانين الفيزياء ، مجموعة من الذرات المختلفة ومليارات السنين من وقت الفراغ.

حسنًا ، من أين نبدأ بعد أن نعلق في الشبكات الاجتماعية ونشاهد كل المسلسلات التي صورناها؟ بادئ ذي بدء ، من أجل كتابة شيء ما نحتاج إلى أحرف ، لن ننتج كيانات غير ضرورية ونبدأ في الحد الأدنى من الأبجدية اللازمة ، وهو ما يكفي لترميز أي معلومات - هذه مجرد حرفين: 0 و 1. دعنا نقول أنه إذا قمنا بربط بعض أو ذرتين ، ثم يسمى الجزيء الناتج "صفر" ، وإذا ربطنا بعض ذرتين أخريين ، نحصل على جزيء آخر ، والذي سنطلق عليه - "وحدة" وبداية سنقدم لهم مثل هذا المخطط:



من أجل أن يكون النص المكتوب باستخدام هذه الرسائل برنامجًا ، يجب استيفاء الحد الأدنى من المتطلبات الضرورية التالية:

1. النزاهة لهذا ، من المهم أن يكون الصفر الجزيئي وواحدًا قادرًا على الاتصال ببعضهما البعض بشكل ثابت ، لتشكيل خط واحد مستمر ، لأنه في ظروف الكتابة الجزيئية لا يمكننا تحمل المساحات ، لأن الجزيئات والذرات الأخرى والجزيئات لدينا تتجول باستمرار وبشكل عشوائي. ستنتقل الشفرة التي تحتوي على مسافات على الفور إلى المكونات من التصادمات معها.
2. تسلسل. يجب أن يحتوي أي برنامج ، بحكم تعريفه ، على تسلسل أوامر ، لذلك ، في مثالنا لمثال رمز النسخ المتماثل الذاتي ، تمت ملاحظة التسلسل نظرًا لحقيقة أننا نقرأ النص افتراضيًا في اتجاه واحد فقط: من اليسار إلى اليمين ، من الأعلى إلى الأسفل. لذا ، فإن الشرط الثاني الضروري هو تحديد اتجاه نصنا الجزيئي بشكل فريد.

لتحقيق المطلب الأول ، يكفي مطابقة جزيئاتنا بحيث يكون لديها مركبين على اليسار وعلى اليمين ، ثم يمكنهما الالتزام ببعضهما البعض ، وتشكيل سلسلة مستمرة. وحتى يتم احترام اتجاه واحد من السلسلة دائمًا ، سيكون كافيًا حتى تتمكن الخطافات الموجودة على الحروف من ربط اليسار فقط باليمين ، ويمكن تمثيل هذا المبدأ بسهولة بمثال سلسلة من الأشخاص الذين يمسكون بأيديهم ، كل شخص يمسك بيده اليمنى ، بحيث يواجه الجميع في اتجاه واحد. متحدًا بهذا المبدأ ، يمكن لكل حرف من الجزيئات أن يقف أيضًا في سلسلة في اتجاه واحد فقط. تخيل تخطيطيًا مثل هذا:



رائع ، الآن لدينا الحد الأدنى من الأبجدية المكون من حرفين من الجزيئات التي يمكن دمجها في سلاسل مستقرة مع الاتجاه. لنبدأ في كتابة التعليمات البرمجية.

لأن إذا كنا نكتب أداة نسخ ذاتي ، فأنت بحاجة أولاً إلى التفكير في آلية بسيطة وموثوقة للنسخ الذاتي لبرنامجنا. كيف يعمل؟ هنا مرة أخرى ، لا يمكن للمرء الاستغناء عن اثنين من المتطلبات الدنيا:

1. يجب أن يتم تضمين الآلية في رمز البرنامج.
2. يجب على الآلية ، نتيجة لعملها ، إنشاء نسخة من رمز البرنامج.

لأن لا يمكننا ترك مسافات ، إذًا يجب أن يتكون رمزنا بالكامل من سطر واحد ، ولكن لا أحد يحدنا في عدد الأحرف ، لذلك لا ينبغي أن يكون هذا مشكلة. علاوة على ذلك ، افترض أنه من الممكن تحديد تسلسل جزيئات العنصر بحيث لا يؤدي إلا من خلال التفاعلات بين الذرات الوظائف التالية: من ناحية ، يتفاعل بالترتيب مع عنصر التعليمات البرمجية (صفر أو واحد) ، ثم بعد التفاعل ، يجمع من ذرات أخرى نفس العنصر (نسخ العنصر) ، وبعد ذلك أكرر هذا الإجراء بالعنصر التالي من السلسلة ، وربطهم أيضًا. دعنا نسمي هذا التسلسل آلية نسخ ونضيفها إلى الرمز ، والتي يمكن تمثيلها بشكل تخطيطي على النحو التالي:

0> 1> 0 ... (أي عدد من الأحرف)> (رمز آلية النسخ) ... 0> 1>


حسنًا ، سنقوم الآن بمحاكاة آلية عمل آليتنا. كونه في نهاية السلسلة ، يبدأ في نسخ البرنامج من العكس ، لذلك ينهار سطر الشفرة الخاص بنا مثل ثعبان في اللعبة التي تحمل نفس الاسم ، وتتحرك الآلية إلى الأمام ، وتتلقى المدخلات وتنسخ عناصر التسلسل واحدًا تلو الآخر ، وتكمل نسخ القسم "... (أي عدد من الأحرف) > "ثم تتعثر في مشكلة العودية ، لأنه من أجل قراءة المعلومات من عناصره الخاصة ، ستحتاج الآلية إلى نسخة من نفسها ، ولإنشاء نسخة من نفسها ، تحتاج إلى قراءة المعلومات من العناصر الأساسية.

دعونا نخرج بطريقة ما ولهذا سننظر في طريقة أخرى لنسخ شيء ما ، ليس بشكل مباشر ، وإعادة إنشاء كل عنصر ، ولكن وفقًا لمبدأ فريق التمثيل. لذلك ، على سبيل المثال ، يصنعون قوالب لصب التماثيل البرونزية: إنشاء نموذج أولي ، ثم عمل نسخة أولية في الطين ، وملئه بالمعدن المنصهر ، يمكنك الحصول على نسخة من النموذج الأولي. يبدو جيدًا ، دعنا نحاول تطبيق هذا المبدأ في رمزنا الجزيئي. لتنفيذ مخطط النسخ هذا ، سيتعين علينا العودة إلى البداية وإجراء تغييرات بسيطة على أبجديتنا. وهي: أضف حرفين إضافيين إلى الصفر وواحد: "2" و "3" واجعل كل شخصية تمثل طاقمًا لزوجها ، صفر لشخصين ، واحد لثلاثة ، والعكس بالعكس ، اترك الباقي دون تغيير : ستحتوي جميع الأحرف على نفس الخطافات ونفس الاتجاه ، بحيث يتوافق الانطباع والأصل دائمًا مع بعضهما البعض تمامًا ، سنعلق زوجًا من مرات الظهور لكل حرف باستخدام خطافات جديدة تعمل على مبدأ اللغز ، بحيث يمكن أن يتزاوج كل منهما فقط مع زوجه 0 s 2 و 1 s 3. New s أيضا المدراسات ترتيب جميع الرسائل في نفس نفسه - مع الحافة السفلية. وهكذا نحصل على أبجدية مكونة من 4 أحرف: 0،1،2،3 لكل منها ثلاثة روابط خطافات: اليسار واليمين والأسفل ، والخطافات اليسرى ستتصل فقط على يمين أي أحرف ، ويمكن للاتصالات السفلية توصيل حرف فقط - : . :



4- , , . , - , . , , : 0 -2, 1 -3. , , « », :

0>1>2>3 … ( )…………..>0>1>2>3
1<0<3<2…( )….<1<0<3<2


: ? , - , , , 180 - « », .

- . , - «» «» , «», , - . , , -, .

, , . , , , « »- , , .

, . , , , :

1. – 4 4 : 0 -; 1- ; 2- ; 3-, .
2. , , « » 3' 5' . ( : www.youtube.com/watch?v=pzYE3WL_n2I&t=320s )
3. — «0 2, 1 3»- «». , , — « -», ( 2- , 3-), , 4 , .
4. , , « » () , . ( www.xumuk.ru/biochem/90.html )

, , , , (Leading strand) (Lagging strand) , () .. (), , , , .

.

, , . , - , , , , , , - , .. , -, --, --. , , , 11.

- , - , - , , , - 60- , , , , 12 000 . ( ru.wikipedia.org/wiki/ )

, 50% 50% . , , , --, , , , , - , , . , , 50/50 , .



لا يزال السؤال عن الشروط التي جعلت من الممكن فصل الايزومرات في المرق الأساسي وخلق إمكانية أصل الحياة موضوعًا للعديد من الدراسات وعلى الرغم من حقيقة أنه مضى عليه أكثر من 100 عام ، لم يتم تلقي إجابة واضحة حتى الآن. (يمكنك أن تقرأ عن النجاحات في هذا الاتجاه هنا: elementy.ru/novosti_nauki/432316 ).

مصدر الحياة غير المتماثل

, , , , : , - hardware software.

, , , — , , — , , . :

« .»

, , , , , , .. . «» — , — , , .

, , , — , . , . . , - , , - , .


, .. . 2- , , , , (6 ), .

الخلاصة

, 3,7 , . , , . — , « » , , . , : « - ?».