О происхождении нашего мира

Сложное это дело — объяснять происхождение мира. Бог, и тот целых шесть дней мир творил, а понять, судя по его последующим действиям, так и не смог! (Sorry верующим, это я так шучу.)

Но попробую. (Вариации на темы И.Пригожина и С.Лема)

В некоем вневремени, внепространстве, внематерии постоянно возникают флуктуации, приводящие к возникновению пар вещество — антивещество, положительный заряд — отрицательный, времена, текущие в противоположных направлениях etc.

Большинство таких флуктуаций сразу схлопываются, опять превращаясь в ничто. Но некоторые не успевают, поскольку внутри них возникают флуктуации второго уровня, порождая асимметрию, потом третьего уровня и так далее… В результате первичные взаимнопротивоположные сущности все более удаляются друг от друга и уже не могут быстро аннигилировать. Так образуется некий мир.

Миров таких существует бесконечное множество, в них разные физические законы. Где-то есть атомы, планеты, галактики, где-то их нет.

Мы находимся в таком мире, где физические законы позволяют существовать стабильным атомам, причем таким, которые позволяют построить из них всякие там белки и нуклеиновые кислоты, точно подходящие друг другу. Изменись радиус атома водорода на тысячную — звезды, может, и существовали бы, а мы не могли бы появиться.

Ну, а потом в нашем мире появилась другая разрастающаяся флуктуация — жизнь. Которая развивается путем локального уменьшения энтропии (накопления информации) за счет ее увеличения в целом.

Человек — одно из звеньев этого процесса, отнюдь не конечное.
Судя по общей тенденции развития, смысл существования человечества состоит в накоплении знаний, информации.
Отсюда можно вывести моральные нормы. Что есть хорошо для этого процесса, что есть плохо.
Такая схема построения мира объясняет и его дуалистичность, и не требует присутствия бога.
Такая гипотеза допускает свою проверку (Может кто-то тут займется поисками «анти-времени» или «анти-пространства»?). То есть вселенная — некая саморазвивающаяся система, а разумность в ней возникает только с появлением человека.

Поскольку наш мир на удивление единообразен, то можно предположить, что выяснение общих принципов, по которым происходит эволюция живой материи на уровне организмов, клеток, молекул, позволяет выдвигать и гипотезы об эволюции материи на более глубоких уровнях, в том числе и на уровне »фундаментальных» свойства материи-энергии».

О »нарушении» второго закона термодинамики

Жизнь на Земле — это открытая система. Для своего усложнения, упорядочивания структуры, она использует ничтожную часть солнечного света, переводя его в тепловое излучение. Чудовищные потоки энергии, рассеивающиеся в космосе несопоставимы с той долей энергии, которую потребляет, расходуя на упорядочивание своей структуры та плесень жизни, которая тоненьким слоем покрывает поверхность нашей планетки.

Жизнь — это всегда непрерывная, изнуряющая, беспощадная борьба с хаосом. Строительство порядка на верхних уровнях за счёт утилизации, обеспорядочивания уровней низших. Растения строят свою структуру, переводя в тепло солнечный свет. Грибы поднимают свои шляпки разрушая древесину. Города растут на слоях переработанной пищи и мусора. Великие цивилизации возникают на останках многочисленных, но мелких первобытных культур.

Вот интересна эмпирическая закономерность: для поддержания порядка и работоспособности в сложной системе, будь то архив тысяч файлов в компьютере, порядок в квартире или в каталоге, требуется тратить примерно треть рабочего времени. Кстати и сон, который необходим для упорядочивания мозгом полученной за день информации, также занимает примерно треть жизни. Интересно, можно ли для объяснения этого построить какую-нибудь математическую модель?

Некоторые верующие отрицают теорию эволюции на том основании, что мол нету между видами переходных форм, следовательно все были одновременно созданы. НХ-ологи недоумевают по поводу отсутствия переходных форм между разными технологиями. А объяснение-то очень простое — как на один первый фордовский автомобиль приходится много миллионов серийных экземпляров, так и с динозаврами, и с азбуками, и с горшками — ну не было ни у динозавров, ни у древних людей, музеев, где бы эти переходные, очень немногочисленные и неустойчивые формы сохранялись. И вероятность найти их останки весьма и весьма мала. Представьте себе дикаря, увидевшего своим острым зрением людей на крыше небоскрёба, и решившего, что это боги, поскольку не мог представить, как можно туда допрыгнуть или вскарабкаться по гладкой стене. А вот что можно по лестнице, или на лифте — не догадывался.

В биологических молекулах белков и нуклеиновых кислот каждый атом находится строго на своём месте и не может »усредняться» брауновским движением и не описываются свойства таких молекул классическими термодинамическими параметрами. Всегда можно найти условия, в которых макромолекулы не разваливаются. Они вообще весьма стабильные образования. Споры бактерий, например, могут сохраняться тысячи лет, а потом оживать и начинать размножаться.

Информация — попытка определения

Мне кажется, позиции верующих и ортодоксальных материалистов весьма сходны. Первые считают Бога неизменным, вечным и неуничтожимым, а вторые — Материю. А собственно философия начинается тогда, когда эти положения подвергаются сомнению. В противном случае это или богословие, или физика. Философия, прежде всего, это поиск причин развития. А понятие »идеального» надо переформулировать в более приемлемых сейчас информационных терминах.

Демонстрация фокусов с кристаллизацией переохлажденной воды — наглядный пример возникновения новой информации:
Берем чистую бутылку, тщательно отфильтрованную воду, не содержащую взвешенных частиц, осторожно охлаждаем до отрицательных температур без встряхивания — лед не образуется — нет зародышей кристаллов.

Теперь встряхиваем бутылку. Образуются кавитационные пузырьки, на поверхности которых, с очень небольшой вероятностью, может образоваться похожая лед структура. На этой матрице начинается лавинообразный рост кристаллов.

Та же ситуация с возникновением простейшей самореплицирующейся молекулы, с появлением которой и началась жизнь. Вероятность спонтанного возникновения такой молекулы исчезающе мала. Но если уж она возникла — начинается лавинообразный рост числа самореплицирующихся молекул. А вероятность того, что одна из миллиарда молекул станет более сложной, в миллиард раз больше, чем для одной молекулы. Сразу, готовенькая живая клетка, естественно возникнуть не могла — она возникла из объединения нескольких самореплицирующих молекул, выполнявших разные функции.

Эволюция (то есть усложнение системы) происходит направленным отбором случайных флуктуаций в рамках свойств материи. Отбор этот направляют внешние условия. Если бы они не менялись, система через некоторое время пришла бы в стабильное состояние. Но условия постоянно меняются по многим параметрам. И выживает тот, кто сможет жить при изменениях сразу многих параметров — то есть более сложно организованная особь.
Первой самовоспроизводящейся молекулой была, по-видимому, молекула, напоминавшая современную молекулу РНК.

РНК, как и ДНК может образовывать самокомплиментарную двойную спираль, а однонитевая РНК, складываясь определённым образом в пространстве, может выполнять функции фермента — например, расщеплять сама себя, или другую молекулу РНК. В современной клеточной рибосоме — «машине» по производству белков, которая состоит из многих белков и трёх молекул РНК, основную каталитическую функцию выполняют как раз нуклеотиды РНК.

По-видимому первый саморепликатор совмещал в себе функцию матрицы — носителя информации, и фермента-интерпретатора, способного копировать эту матрицу. Эдакий рибозим, использующий в качестве матрицы копию самого себя: в двухтяжевой форме — аналог ДНК, в однотяжевой и свёрнутой — аналог фермента. Интереснейшая проблема современной науки — на основании выяснения механизмов ферментативных реакций и знания свойств нуклеиновых кислот, попытаться сконструировать такую молекулу, которая в условиях циклических изменений температуры и присутствия составляющих её мономеров, копировала бы сама себя.

Затем появились белковые молекулы, и уже на последнем этапе развития появилась ДНК. Происходит всё большее разобщение носителя информации — ДНК и её интерпретатора — сложных белковых комплексов, считывающих информацию. Хотя и сейчас ДНК сохранила некоторые свойства интерпретатора: свойства её спирали (гибкость и способность к локальному расплетанию двойных цепей) зависят от последовательностей пар оснований; процессы считывания с ДНК информации регулируются связывающимися с определёнными последовательностями ДНК белками вследствие того, что имеются стерические соответствия между поверхностями нуклеиновых кислот и полипептидными цепями белка. Вероятно, первые белковые молекулы с определённой структурой синтезировались самокатализом именно благодаря такому соответствию, и только на последующих этапах появился механизм кодонового синтеза белка.

В РНКовом мире ещё не была достигнута оптимизация низших уровней и, соответственно, не могло существовать самодостаточных замкнутых в себе информационных систем, на которых паразитируют современные вирусы. Соответственно тогда эволюционная функция мобильных элементов была главной, а паразитизм – вторичной и чёткой границы между организмами и вирусами скорее всего и не было. Главной причиной замены РНК ДНКой обычно считается её большая химическая устойчивость. Это важно, но проявилось это свойство только на последующих этапах эволюции. Главное же отличие двухспиральной ДНК от двухспиральной РНК в том, что первая более подходит для функции носителя данных. Двухспиральная РНК может существовать только в А-форме, а ДНК способна принимать как А-форму, так и В-форму и даже закручиваться в противоположном направлении, принимая Z-форму. В РНК ещё доминирует функция кодировщика, в ДНК – эта функция уже вторична и проявляется на более высоком уровне. В-форма ДНК более жёсткая структура, по сравнению с А формой, и более удобна для выполнения функции как носителя данных, так и образования жёстких центров сетки информационных сигналов, которые узнают регуляторные белки, осуществляя более высокий уровень (по сравнению с первичной нуклеотидной последовательностью) кодирования информации.

Возможен и такой вариант, что первый репликатор совмещал в себе свойства нуклеиновой кислоты и белковой молекулы. Сейчас синтезированы полимеры, содержащие полиамидный остов из аминокислот в боковых цепях которых содержатся основания нуклеиновых кислот. Оказалось, что такие соединения могут образовывать прочные изогеометрические спирали с однотяжевыми молекулами нуклеиновых кислот.

Как происходило дальнейшее усложнение, более-менее понятно. Проще всего это пояснить примером эволюции бактерий «в пробирке».

Представьте две бактерии — одна может питаться только глюкозой, другая только ксилитом. Если добавить в среду и то, и другое, то эти бактерии будут размножаться. А теперь перестанем добавлять глюкозу — все бактерии первого типа подохнут и их содержимое выльется в среду. Бактерии могут захватывать из среды куски ДНК, содержащие информацию о белках, которых и выполняют все «химические работы» в клетке. Случайным образом одна из бактерий второго типа может захватить кусок, кодирующий ферменты, необходимые для усвоения глюкозы, и встроить в свой геном. Пока в среде нет глюкозы эта ДНК служит ей только обузой. А теперь станем добавлять в среду только ксилит. Живой останется эта единственная бактерия, а её потомки смогут уже питаться разными сахарами.

То есть, грубо говоря, эволюция есть накопление информации на все случаи жизни. И совсем не нужно для её объяснения привлекать всякие там информационные поля и прочую чушь. По мере эволюции носитель информации может »сжиматься» в размере, сохраняя то же количество информации. Пожалуй, самый яркий пример — одна и та же последовательность нуклеиновой кислоты одного вируса, благодаря вырожденности белкового кода, несет информацию о последовательности сразу трех белков (сдвиг рамки считывания, и чтение второй нити).

Чем дальше, тем быстрее шла эволюция. Первые сотни миллионов лет были только простейшие формы — типа наших бактерий. Делились они очень быстро — в это время и возникли все предшественники существующих сейчас белков, и опробованы всевозможные пути метаболизма. Отсюда, кстати, понятна беспочвенность опасений противников генной инженерии и борцов против »генетически модифицированных» продуктов питания, запуганных монстрами из фильмов-ужастиков. В арсеналах природных популяций и без генных инженеров имеется достаточно средств, чтобы поставить на место вид, нарушивший экологический баланс: распространение СПИДа, наркомании, психических заболеваний — наглядное тому подтверждение.

А вот как получились эвкариоты: жили себе потомки одной праклетки, мутировали, стали разными, потом одна из них проглотила другую, но не переварила, а та включилась в состав протоплазмы и постепенно, после миллионов делений, потеряла большинство своих белков, превратилась в митохондрию, снабжающую энергией материнскую клетку, и стали они предками всех животных, а в другой превратилась в любящий свет хлоропласт, и выросли из них растения.
На следующем этапе возникли многоклеточные организмы. Они делятся медленнее и поэтому создать, например, новый белок простым перебором аминокислот, уже не могут, а вот заменить несколько аминокислот, или, из двух разных, уже созданных белков, сделать новый, с новыми свойствами — для этого много времени не надо. Ну и так далее — блочное строительство — чем выше уровень, тем крупнее блоки. Таким образом, у высших животных полезные мутации возникают не в результате случайного перебора аминокислот в белках, а в результате перетасовки целых генов или их кусков.

А чтобы мозг увеличился в несколько раз, вполне было достаточно несколько мутаций в регуляторных белках. Скоро даже будет известно в каких. Сейчас полностью расшифрованы геномы человека и шимпанзе: эже можно сравнивать их и смотреть различия. Расшифрованы сейчас и геномы нематоды, мухи-дрозофилы, многих бактерий, мыши, геном риса, и начинается интереснейшая работа по их анализу и сравнению. Это своего рода «клеточная археология» — сравнивая последовательные изменения генов у разных организмов можно будет точно установить, кто из кого произошел, и когда какой ген впервые появился в данном организме в ходе естественного развития. Сейчас сравнительная биология переходит на иной уровень, сравнимый с переходом от химии — сборника рецептов, к химии, оперирующей понятием атом, валентность etc. Теперь появилась возможность сравнивать геномы разных видов и индивидуумов. На уровне текста. Стало очевидно, что изменения генома происходят как в результате перетасовки больших кусков ДНК от каждого родителя, так и в результате редких случайных мутаций. Так, например, различия между людьми составляют доли процента. Вроде мало — но если учесть, что весь геном — около 3 миллиардов букв — то вполне достаточно для построения деревьев родства с точностью до единичного человека.

Если рассмотреть, как происходила эволюция живых существ от простейших форм до человека, то можно понять, как происходит и появление новой информации. Как она возникает »ниоткуда».

Все атрибуты живого появляются и проявляются, когда возникает матричный синтез — вот грань, отделяющая живое от неживого, и объясняющая его специфику. Самоподдерживающийся матричный синтез — необходимое и достаточное условие для определения живого. Все проявления жизнедеятельности им обуславливаются. Жизнь отличается от нежити наличием сохраняемой во времени в изменяющихся условиях структуры элементов. Такая структура — это то новое качество, которое не содержалось в исходных элементах. Если исключить из рассмотрения твёрдый кристалл, находящийся при абсолютном нуле и в вакууме, то любое тело будет непрерывно разрушаться факторами внешней среды, и его структуру можно сохранить во времени только путём копирования, получением полных или частич
4000
ных его реплик.

Вот этот-то процесс матричного копирования и называется информационным процессом: передача информации — это образование оттиска-реплики — синтез второй цепи ДНК, белка, появление буковок на мониторе, образов в мозгу… Информационным процессом является и процесс сравнения получаемой структуры с уже имеющимися, полученными в результате предществующего матричного синтеза: декодирование информации — это сравнение вновь полученной реплики с уже имеющимися. Увеличение информации — включение, копирование новой реплики в словарь декодировщика. Когда ДНК декодируется в белок, происходит сравнение триплетов ДНК с имеющимся в клетке ‘словарём’, включающем в себя все тРНК. Тем понятие ‘информация’ и отличается от понятия ‘данные’, что необходимым условием включает в себя процесс сравнения с уже имеющимся у декодировщика словарём. Вот этот самый имеющийся у декодировщика словарь, плюс умение им пользоваться, и есть информация о прошлом этой системы, а существование этой самой системы невозможно без самокопирования — без обновления система разрушится внешними воздействиями. Между оригиналом и сравниваемой репликой из словаря всегда есть ‘зазор’ — в данном случае тРНК, а на более высоких уровнях, например при сравнении мозгом образов, зазор этот ещё больше — но суть-то остаётся прежней: любое декодирование есть сравнение вновь получаемых данных с данными из имеющегося у системы словаря.

Жизнь возникает, когда система начинает отбирать из среды нужные ей молекулы и строить из них свои копии. Цель живой системы — выживание, а метод — прогнозирование результатов своих действий. Это можно назвать активностью, направленною в будущее, опережающим отражением, которое определяется тем, что саморепликатор »знает» что в среде есть блоки, необходимые ему для построения своей структуры, и целенаправленно находит их — в противном случае он просто перестанет существовать. Не возникнет саморепликатор из протобульона, если там не будет строительных для него блоков. Любое животное и растение перестанет существовать, если в среде не будет пищи, или у них не будет механизмов для утилизации этой самой пищи.

Тут нельзя не учитывать информацию, которая УЖЕ имеется у кодировщика и декодировщика. Книга, если человечество погибнет, не будет содержать информации, как не содержит информации узор на камне. Если появится другая цивилизация, она должна будет израсходовать массу энергии, для наработки информационного потенциала для прочтения этой самой книги. ДНК без живой клетки не содержит информации.

Информация — это передача состояния (структуры) одной системы другой системе, другими словами — это процесс передачи сообщения кодировщика декодировщику. При передаче сообщения одним кодировщиком сразу нескольким декодировщикам, если последние находились в момент получения сообщения в разных состояниях, происходит увеличение общего числа различных возможных состояний систем, то есть увеличивается информационная ёмкость словаря. В данном случае словарь — это число имеющихся состояний декодировщиков.

Источник:
«Кредо» атеиста