你好 我不认识你，但我一直想不仅知道一些事情，而且还了解我所知道的。 教育系统以一组关于世界的不连贯事实的形式呈现的知识，始终需要付出很大的努力才能将其掌握在头脑中，但是足以理解与这些事实的外观相对应的逻辑原理或规律性，并且有可能以明确的良心摆脱它们，从而离开在头脑中，只有规则本身，并在必要时根据该原则推论出必要的事实。
对于我来说，在没有逻辑解释的情况下充斥事实最多的科学一直是与有机生命及其结构有关的科学。为确保这一点，请打开生物学教科书，例如在DNA部分，将详细描述DNA的结构和功能，但没有关于为什么所有这些都应该那样工作的说法，而没有其他方法。 这可能就是为什么我对这些主题的了解始终是一个重大失败的原因。 本文旨在尝试填补空白，并将有关有机生活的事实纳入一个连贯的系统，该系统不仅会回答“如何？”问题。 但它也可以提供一个总体方向，即人们需要采取行动以回答“为什么？”这一问题。 所以走吧！
“对称元素可能存在于各种现象中，但不是必须的；对于现象的存在，仅缺少某些对称元素是必要的。” 皮埃尔·居里“少数原理的知识可免于许多事实的知识。” 雷内·笛卡尔
内容：
- “混乱的对称性”-考虑对称性，能量和信息之间的关系；
- “违反疾病的生活系统”-我们从信息熵的角度研究了生活本质与非生活之间的差异；
- “自我复制合理”-在自我复制理论的框架内考虑生物进化；
- “ Life ++”-我们将展示自我复制子功能所必需的逻辑原理如何与核苷酸和DNA的基本结构相一致；
- “手性焦油的勺子”-我们将了解有机分子的手性纯度现象；
- “生命的非对称来源”我们考虑了生命系统如何利用违反有机分子对称性的行为；
- 结论
混沌对称
您能想到的最对称的是什么？ 许多有这个问题的人都想像一个球，实际上球表面上的每个点与中心的距离相等，但是如果您再深入一点，则对称性已经被破坏了。 当然，可以将近似理想的对称状态视为由绝对物理真空组成的无限空间，该绝对物理真空既不包含场也不包含粒子，并且不包含边界中心，该空间的每个点都将等效于另一个点，要描述此类空间，您需要最少的信息，因为 基本上没有什么可描述的。
幸运的是，绝对对称状态在我们的物理世界中不可用。 在这方面，最大可能的对称状态是星际空间，几乎没有任何关系，显然，它是无限的，但与真正的真空不同，它被不断随机波动的场穿透，其波动速度约为一万亿亿美元（24之10每秒），其大小相当于毫米的十分之几十分之一（十至负15度）。 我们可以将最大和最稳定的振动视为独立的粒子，可以将其与如何将海啸波视为独立的物体进行比较，但这仅是水面波纹的泵浦变化。 得益于这些领域的不断波动，我们获得了许多有趣的东西，并且弄碎了许多聪明的大脑，例如不确定性原理和暗能量原理。 可以在
有关Habré的
评论文章中更详细地阅读，也可以看起来直观地描述视频：
https://www.youtube.com/watch?v=Qhowc1PSO4E
胶子场波动的可视化因此，我们看到最大对称性的真实状态与理想状态有很大的不同，相反，它具有最大的不确定性，即 需要最大的信息来描述或具有最大的熵（
https://ru.wikipedia.org/wiki/Information_entropy ）以确保这一点，让我们看一个简单的示例：
想象一下一块充满水的板块，其边缘使表面张力形成一个相对于容器边缘对称的凸面，然后将其例如最高水平的乒乓球轻轻地放在表面上，例如最高处。 有很多选择，球沿着水表面的方向运动，其方向取决于热运动与水分子数十亿次随机碰撞的结果，要计算该结果，您需要知道所有这些分子的速度和方向，可以肯定地说这是一个非常大量的信息，并且该系统的不可预测性（熵）也非常大（图1）。 但是，如果您破坏了系统的对称性怎么办？ 例如，将板的一个边缘相对于另一边缘举起，自然的力量将立即开始工作以恢复这种可怕的不公正现象，水将从容器中倒出，使水平面保持水平，倾倒的水将夹带球，其运动可以通过简单地了解水流的速度和方向来描述（图。 .2）但是流不会自行创建，要创建流，您将不得不打破对称性，即 将能量从外部带入系统。
从中我们可以得出以下结论：
- 具有更大对称性的系统具有更大的熵—不确定性或描述它所需的信息量的度量，同时能量更少；
- 对称破坏减少了熵并开始了该过程；
- 自然喜欢对称，所有系统都趋于达到平衡和能量最小的状态。
- 任何过程都可以视为系统试图返回对称状态或最小能量的尝试。
“我们再次强调：最大熵的概念意味着系统的最混乱状态，因此也是最对称的状态。 自然界中的所有自发过程都将逐渐增加熵。” （
http://cyclowiki.org/wiki/Mixing Paradox ）
确实，我们可以肯定地说，我们正在观察的所有过程都是曾经破碎的对称性的回声，幸运的是对称性还没有完全恢复，但是您无法对熵感到不安，并且所有系统迟早都会达到平衡，并且所有时间的钟摆都将停止，或者有什么例外吗？
生活干扰系统
如果我们从熵的角度考虑生物，我们可以看到，与周围的所有非生物系统相反，它们在任何机会都陷入混乱，生物系统最终会产生越来越复杂和有序的结构，从简单的自我复制分子到展示人类的大脑反向运动-减少熵。
为了更好地理解该陈述，让我们非常粗略地尝试比较生物有机体（例如体重70公斤的人）的熵与包含相同原子数的系统的熵。
由70公斤组成的系统的熵。 对于无序原子，其大小非常大，并且与它们的数量成正比，即 为了定义该系统，我们将需要描述大约6.7 * 10到27度（67亿亿亿个）原子的状态。 那生物呢？ 组装人体系统所需的所有信息都存储在其DNA中，该序列是几种相同分子的长序列，即 在生命系统的情况下，仅了解DNA链的结构就足够了，该DNA链仅由60亿个分子组成，每个分子由约30个原子组成，这是18 * 10到10的幂。 总共1800亿个原子。 然后，通过一个简单的关系，我们可以估计这些系统的熵顺序的差异：
6.7 * 10 ^ 27÷18 * 10 ^ 10≈3.7 * 10 ^ 16
总的来说，根据最粗略的估计，具有相同物质质量的生命系统“ Man”的熵比没有生命的原子簇的熵小16个数量级，即 数亿亿次！ （有关系统熵的更多信息，请参见：
studfiles.net/preview/953337/page ：31
/，sernam.ru/book_tp.php?id=104 ）。 似乎生命系统已经很好地抹去了熵。 但是，由于这种品质，他们成功地获得了如此独特的成功？
自我复制者合理
由于我们决定谈论生活，因此也有必要转向进化论。 在这件事上，她是绝对权威。 如果我们抛弃所有多余的东西，从根本上说，该理论认为，我们观察到的所有野生生物多样性的发展都必须在世代生物之间不断传递和修改遗传信息。 成功的修改有助于更有效地复制（自我复制）其载体，从而形成反比的正向关系，反之则不成功。 因此，通过积累成功的修饰，生物获得越来越复杂和有序的形式，从而越来越多地破坏了主要的对称性。
基于生命系统和非生命系统之间的主要差异，在最普遍的考虑下，可以将所有生命有机体想象为具有以下代码的自我复制和自我改变的DNA程序：
指令1：<创建：[随机指令]>
指令2：<执行：[初始指令] + [随机指令]>
指令3：<写入：[原始指令] =（[原始指令] + [随机指令]）>
指令4：<副本：[以上所有说明] + [指令4]>由于执行了这样的程序，我们将获得该程序的变异副本，由于将随机指令混入原始指令中，因此该变异副本与原始副本有所不同，然后还将创建自己的修改后的副本等。 如果发现变异不成功，并且在执行过程中发生错误，则程序将不会到达复制阶段，因此不会传递给下一代。
将这样的程序放置在适合运行的环境中就足够了，然后由您自己决定，并且在短短数十亿年后，您将获得所有种类的物种进化，而无需支付额外的开发成本。
原来的自我复制程序的概念最早是在1951年提出的。-冯·诺伊曼（Von Neumann）是一位杰出的数学家和物理学家，他对20世纪科学的贡献不容小over，他是博弈论之父，量子力学的数学语言，以及现代计算机技术，即现在，以他的名字命名的架构可生产大多数计算机。 （有关
PostNauki的
文章以及Von Neumann的
原始文章中关于自我复制理论的更多信息）。
生活++
我们已经看到，由于具有积累，修改和复制自己的遗传信息的能力，生物系统不断自我复杂化和自我组织化。 为了更好地了解这些功能是如何工作并将它们放入逻辑系统中的，让我们作为思想实验尝试尝试模拟生命的起源并从头开始编写复制程序，以为我们只有自然界：物理定律，一堆不同的原子和数十亿年的空闲时间。
好吧，在陷入社交网络并观看我们拍摄的所有系列之后，我们从哪里开始？ 首先，为了写一些我们需要字母的东西，我们不会产生不必要的实体，并且不会以一个足以编码任何信息的最小必要字母作为开始-这些只是两个字符：0和1。假设我们连接了一些或两个原子，那么得到的分子将被称为“零”，如果我们连接其他两个原子，则会得到另一个分子，我们将其称为“单元”，首先，我们将为他们提供一个这样的方案：
为了使使用此类字母的书面文字成为程序，必须满足以下最低要求：
- 廉正 为此，重要的是我们的零分子和一个分子必须牢固地相互连接，形成一条连续的线，因为在分子书写的条件下，我们无法提供空间，因为其他分子和原子以及我们的分子一直在随机地徘徊。带空格的代码会因与它们的碰撞而立即飞入组件。
- 顺序。 根据定义，任何程序都应具有命令序列，因此，在我们的自我复制代码示例中，观察到该序列是由于以下事实：默认情况下，我们仅沿一个方向读取文本：从左至右，从上至下。 因此，第二个必要条件是为我们的分子文本唯一设置方向。
为了满足第一个要求，足以匹配我们的分子，以使它们在左侧和右侧都有两种化合物，然后它们可以彼此粘附，形成一条连续的链。 这样一来，始终会尊重链条的一个方向，这样就足以使字母上的钩子只能左右连接。这一原理可以很容易地由一个牵手的人链的例子来表示，每个人都用左手握住右手，所以每个人都面对在一个方向上。 通过这一原理，每个分子字母也只能在一个方向上链状站立。 像这样示意地想象它：
太好了，现在我们的最小字母为2个字母分子，可以组合成一个方向稳定的链。 让我们开始编写代码。
因为 如果我们正在编写一个自我复制器，那么首先您需要考虑一种简单可靠的机制来自我复制我们的程序。 应该如何运作？ 同样，这里不能没有两个最低要求：
- 该机制必须包含在程序代码中。
- 该机制应根据其工作来创建程序代码的副本。
因为 我们不能留空格，那么我们的代码应该完全由一行组成，但是没有人限制我们的字符数，所以这应该不是问题。 此外，假设可以选择一个元素分子序列，以便仅通过原子之间的相互作用来执行以下功能：一方面，它与代码元素（零个或一个）有序地相互作用，然后，在相互作用之后，它从其他原子中收集相同的元素（复制元素），之后我将对链中的下一个元素重复此操作，并将它们连接在一起。 让我们将此序列称为复制机制，并将其添加到代码中，该代码可以如下表示：
0> 1> 0 ...（任意数量的字符）>（复制机制代码）... 0> 1>
好了，现在我们将模拟我们的机制如何工作。 在链的一端，他开始从相反的位置复制程序，因此我们的代码行在同名游戏中像蛇一样崩溃，并且该机制向前移动，接收输入并逐个复制序列的元素，完成了复制“ ...（任意数量的字符）”部分的过程。 >“然后偶然发现了递归问题，因为为了从其自身的元素读取信息，该机制将需要具有其自身的副本，并且要创建其自身的副本，您需要从中读取信息 基本要素。
让我们以某种方式出去，为此，我们将考虑另一种复制对象的方法，而不是直接复制每个元素，而是根据强制转换的原理。 因此，例如，他们制造用于铸造青铜雕像的模具：创建原型，然后在粘土中制作原型烙印，并用熔融金属填充原型，您可以获得原型的副本。 听起来不错，让我们尝试在分子代码中应用此原理。 要实现这样的复制方案，我们将不得不回到最开始，并对我们的字母进行一些小的更改。 即：在我们的零和一个中再添加两个字符：“ 2”和“ 3”，并使每个字符成为其对的强制转换，两个为零，一个为三个，反之亦然，其余的保持不变：所有字母都具有相同的侧钩和相同的方向，因此印模和原始字母始终彼此精确对应，我们将使用适用于拼图原理的新钩子在每个字母上附加一对印模，以便他们只能将每个配对配对0 s 2和1 s3。new s 枷也安排在同一个相同的所有字母 - 与底部边缘。 这样我们得到了一个4个字符的字母：0、1、2、3，每个都有三个钩子连接：左，右和下，左钩子只能连接到任何字符的右边，而底部连接只能连接一个字符。 - : .
从示意图上可以看出，来自这样一个字母的代码链可以表示如下：
现在，我们将程序重新编码为4个字符的字母，然后再次开始记录代码，从左到右写一个字符，同时形成印象的底线。我们将得到一个相当有趣的结果，几行代码快照并不相同，而是相互联系的。使它们中的任何一个可用，就可以明确地恢复第二个，而仅使用一个简单的规则：将每个字母对的0 -2和1 -3附加到每个字母之后。假设一个单独的机制将负责连接相应符号的功能，然后将其替换为复制机制，为简便起见，我们将其称为“铸造机制”，结果将得到：0> 1> 2> 3 ...（铸造机制）..... > 0> 1> 2> 3
1 <0 <3 <2 ...（铸造方法的铸造）.... <1 <0 <3 <2
一个细心的读者可能会问一个问题：为什么底线的方向相反？这是由于以下事实：所有字母仅在底部和一个方向上都有一个行间钩，以与下部的上部字符连接，旋转180度-“站立在头上”，同时它们的方向发生变化。让我们模拟一下我们的新代码实现是否能够自我复制。首先，假设“代码”行中的转换机制沿着“模具”行，依次为每个字母分配对应关系，结果又获得了另一行“代码”，因此，由于所有内容都已开始，因此复制了自身。然后，强制转换机制使用代码换行，为每个字符分配一个对应关系，接收一个掘金行，因此取消了自复制递归，结果，我们现在从一个来源获得了两个完整的集合。它确实与DNA复制的第一个机制出现的方式非常相似。尽管在发展过程中，它已经被许多辅助机制和改进所淹没，例如，在一个单元中，但您不必担心整个程序都在一个代码中，并且可以允许您创建自己的“软件环境”-拥有一个单独的程序进行复制，分别查找和更正错误，但原理本身保持不变。我建议在继续之前总结一下我们的思想实验。正如他们可以说服的那样，在自我复制者理论的框架内，遗传学和细胞学的许多原理在逻辑上是合乎逻辑的，即：- – 4 4 : 0 -; 1- ; 2- ; 3-, .
- , , « » 3' 5' . ( : www.youtube.com/watch?v=pzYE3WL_n2I&t=320s )
- — «0 2, 1 3»- «». , , — « -», ( 2- , 3-), , 4 , .
- , , « » () , . ( www.xumuk.ru/biochem/90.html )
在下面的视频中，DNA复制的出色可视化已经接近实际规模和速度，无论我们在这里看到多么困难，我们在这里看到的所有内容都在逻辑上适合我们的简单系统，例如，前导链（Leading strand）的形成和滞后（滞后链自然地源于以下事实，即铸造（解旋酶）的机制可以仅在一个方向上替代相同方向上的每个核苷酸的对应。由于核苷酸的互补结构是多向的（反平行），因此解旋酶可以在运动方向上附着于其中一个，而第二个则向前稍微通过，然后沿密码方向返回。手性沥青焦油的勺子。
当似乎所有事物都发展成为一个合乎逻辑的图画时，自然会带来另一个惊喜。如果我们真的在实验室中重复上述所有操作，以创建一个分子复制程序，从合成我们的核苷酸字母开始，运行该程序，我们会发现，如果我们进行更仔细的研究，我们的核苷酸链将被复制或完全不被复制。最后，他们发现错误的原因是在合成核苷酸字母时，不仅需要一定数量的字母，而且它们的镜像双胞胎的数量也完全相同，即具有相同的组成和化学式，但是内部的所有键都从左到右重新排列，例如，如果原件具有C-O-H键，则镜像孪晶将具有H-O-C。事实证明，该比率在任何不对称化合物的合成中观察到的左右分子比率相同，因为众所周知，自然趋于对称，在输出时总得到比率1k1。在化学的一个特殊部分中，研究了各种化合物的对称性-立体化学-这种左右分子的均匀混合物被称为外消旋体，而左右分子则被称为异构体，并且在合成有机化合物（例如药物）时，通常发现左右异构体的特性是不同的从根本上讲，与此有关的最著名和最悲惨的案例可能是上世纪60年代使用一种名为Thaliomide的药物后发生的丑闻，在该过程中第二种异构体在孕妇服用时会产生意想不到的效果，但并未消除，因此导致约12,000名新生儿出生时出现身体畸形。 （en.wikipedia.org/wiki/萨利多米德）然后证明，第一个自我复制分子应该是由50％的右侧核苷酸和50％的左侧核苷酸的混合物形成的。当然，如果核苷酸是对称的，这不会造成任何特殊问题，例如水分子H-O-H，但是如上所述，记录和传输信息需要分子，分子的不对称性决定了方向和互补化合物的存在，因此事实证明核苷酸的镜像反射将具有相反的方向，如果镜像核苷酸楔入DNA复制的某些部分，则它将在一个符号中与正确的核苷酸之间出现一个缝隙，它将无法站立不是我们难题的要素之一。因此，让各种创造论者高兴的是，在自然条件下形成了50/50左右分子，对于自发生命的理论提出了相当严重的问题。
究竟是什么条件使得在初级肉汤中分离异构体并创造生命起源的可能性的问题仍然是许多研究的主题，尽管事实已经有100多年的历史了，但尚未收到明确的答案。（您可以在此处阅读有关此方向成功的信息：elementy.ru/novosti_nauki/432316）。不对称的生命之源
对称性破坏是生命系统的核心，因此考虑在生命系统中如何使用化合物的不对称特性（例如，将其两个主要系统分开：信息和功能，或使用计算机术语，硬件和软件）并不是不合时宜的。确实，如果我们观察地球上的任何生物，我们将看到所有DNA链-组装说明仅由正确的核苷酸异构体组成，同时，所有蛋白质-根据这些说明组装的人体结构块仅由左侧组成氨基酸的异构体。这种分离确保严格遵守遗传学的另一基本原理：“体内信息传递的方向总是仅从DNA到蛋白质的一个方向。”如果您考虑一下，该原则对于确保任何生物体的稳定性都是必不可少的，因为在其运行过程中，蛋白质会不断受到侵略性环境的影响，被破坏并被新的蛋白质替代，并且如果整个生物体仅包含一个自复制密码，则其永久性损害将导致，我们将无法在复制的几个阶段（即这样的生物将开始非常迅速地不受控制地突变。为了避免这种情况，需要一个“来源”-DNA，它被保存在最不受保护的位置，免受细胞内核的有害影响，并根据需要在其中盖上新蛋白质，并且为了清楚地区分指令与构建基块，使用它们非常方便以相反的异构体形式存在。活体生物不对称的另一种应用的描述，不再与计算机科学联系在一起，而是与分子机制的拓扑联系在一起，从结理论（在数学分析和几何学的交集处科学）进入生物化学，被称为超螺旋。要了解其工作原理，您只需要两只手和一根绳子。用双手抓住绳子的末端，伸展并开始破坏其对称性。握住两端，将一端向右扭曲，一段时间后，绳索将卷曲成右旋，从而破坏了左右对称性（已将能量存储在系统中），现在执行下一个技巧-连接时不要松开绳索的两端，并仔细监视宇宙本身如何恢复破碎的对称性，两个右螺旋将彼此缠绕到左侧。这种作用是超螺旋过程的基础，这对DNA功能非常重要，即紧密包装，便于存放和复印。在此过程中，最初总长约2米的DNA链被扭曲了许多次，改变了螺旋的方向，变得更紧密，成千上万倍地紧凑，以适应细胞核中染色体的形式，很小（只有6微米），比得上火柴头可以轻松容纳一千个这样的核心。结论
生命系统与非生命系统的背景明显不同，因为它在进化过程中超过37亿年创造了越来越复杂的结构，这表明它们的总熵降低了。生命系统的独特性在于物质与组成它们的信息之间的特殊关系，以及传递和更改此信息的能力，这也使得可以将计算机科学的概念应用于描述生命有机体的许多过程。恢复对称性破裂的机制是任何过程的基本引擎，生命也不例外，但生命不仅学会了将“宇宙钟摆”用于自己的目的，而且随着时间的增长而不断摇摆。因此，对生命系统的研究可以提供您需要朝哪个方向移动的线索，找到以下问题的答案：“这款手表究竟是如何启动的，它将永远停止？”。