Исследование, опубликованное в июле 2025 года, затронуло один из самых больших нерешенных вопросов науки: как жизнь впервые появилась из неживой материи на ранней Земле. Работа под руководством Роберта Г. Эндреса из Имперского колледжа Лондона использовала математику для оценки того, насколько сложным было формирование первой живой системы, известной как протоклетка, до начала дарвиновской эволюции.
Происхождение жизни оставалось открытым вопросом в физике и химии. Ученые уже изучали, как простые молекулы могли образоваться в условиях ранней Земли, но это исследование сосредоточилось на другой проблеме: как эти молекулы могли организоваться в функционирующую живую систему.
Для этого Эндрес разработал математическую основу, основанную на теории информации и алгоритмической сложности. Теория информации — это раздел математики, изучающий, как информация хранится, измеряется и организуется. В этом исследовании она использовалась для оценки того, сколько осмысленной информации потребовалось бы биологической системе для функционирования. Алгоритмическая сложность измеряет, сколько информации или инструкций необходимо для описания или воссоздания чего-либо. Более сложные системы требуют более детальной организации.
Исследование применило эти концепции к протоклетке — простой клеткоподобной структуре, которую ученые рассматривали как возможный ранний шаг к жизни. Протоклетка должна была обладать базовыми характеристиками, такими как граница, отделяющая ее внутреннюю химическую среду от окружающего пространства, прежде чем могли развиться более сложные биологические процессы.
Используя современные вычислительные оценки, работа изучила, насколько сложно было собрать организованную биологическую информацию, необходимую для протоклетки, в правдоподобных пребиотических условиях. Пребиотические условия относились к химической и физической среде Земли до возникновения жизни, включая океаны, минералы и источники энергии, которые могли поддерживать химические реакции.
Результаты показали, что формирование жизнеспособной протоклетки столкнулось бы с серьезными информационными и физическими барьерами в течение относительно ограниченного времени в ранней истории Земли. По мере того как биологические системы становились более сложными, количество требуемой организованной информации также возрастало, что делало спонтанную сборку за счет случайных процессов все более затруднительной.
Исследование сравнило эту сложность с попыткой написать статью о происхождении жизни для известного космического сайта, случайным образом размещая буквы на странице. Отдельные буквы могли появиться случайно, но создание полной и осмысленной статьи становилось гораздо менее вероятным по мере увеличения требуемой информации. Сравнение иллюстрировало, почему сборка высокоорганизованной биологической системы представляет собой столь значительную научную проблему.
Работа также рассмотрела энтропию — концепцию в физике, описывающую количество возможных расположений в системе и часто ассоциируемую с ростом беспорядка. Поскольку естественные процессы стремятся к состояниям с большей энтропией, объяснение того, как высокоорганизованные структуры, встречающиеся в живых системах, развились из неживой материи, остается серьезной научной задачей.
Исследование не делало вывода о том, что жизнь не могла возникнуть на Земле естественным путем. Вместо этого оно предположило, что современное научное понимание, возможно, было неполным, и для объяснения того, как впервые возникла биологическая организация, могли потребоваться дополнительные физические принципы или механизмы.
В статье говорилось, что «В конечном итоге, раскрытие физических принципов самопроизвольного возникновения жизни остается большой задачей для биологической физики». Биологическая физика — это область, применяющая законы физики для понимания живых систем, от молекул и клеток до более крупных биологических структур.
В работе также обсуждалась направленная панспермия — спекулятивная гипотеза, предполагающая, что жизнь могла быть намеренно занесена на Землю развитой внеземной цивилизацией. Направленная панспермия была первоначально предложена Фрэнсисом Криком и Лесли Оргелом. Идея оставалась возможным, но неподтвержденным объяснением и не имела прямых доказательств.
В статье утверждалось: «Хотя идея терраформирования Земли развитыми инопланетянами может нарушать бритву Оккама с точки зрения мейнстримной науки, направленная панспермия — первоначально предложенная Фрэнсисом Криком и Лесли Оргелом — остается спекулятивной, но логически открытой альтернативой».
Бритва Оккама — это научный и философский принцип, согласно которому при равном соответствии нескольких объяснений имеющимся данным предпочтение обычно отдается тому, которое требует наименьшего количества допущений. Исследование отметило, что направленная панспермия вводит больше допущений, чем модели естественного происхождения.
Работа не представляла направленную панспермию как предпочтительное объяснение, но и не исключала возможности того, что жизнь возникла на Земле естественным путем. Вместо этого она измерила масштаб информационной проблемы и предположила, что могут потребоваться дальнейшие открытия, чтобы выявить механизмы, способные объяснить переход от неживой химии к жизни.
Ученые продолжали исследовать происхождение жизни через химию, биологию, геологию и физику. Предыдущие работы изучали такие среды, как гидротермальные источники, мелководные бассейны и минеральные поверхности, где могли протекать ранние химические процессы. Это исследование напрямую не проверяло эти идеи. Вместо этого оно рассмотрело более широкие требования, которым должно соответствовать любое успешное объяснение.
Сочетая математику с биологией, работа стремилась предоставить более количественный способ изучения происхождения жизни. Хотя она не ответила на вопрос о том, как зародилась жизнь, она высветила сложность проблемы и необходимость дальнейших исследований одной из самых устойчивых загадок науки.
Источник: Имперский колледж Лондона через Universe Today, arXiv
Эта статья была подготовлена с некоторой помощью ИИ и проверена редактором. В соответствии с Разделом 107 Закона об авторском праве 1976 года, данный материал используется в целях новостного репортажа. Добросовестное использование разрешено законом об авторском праве и не является нарушением.
Всегда имейте в виду, что редакции могут придерживаться предвзятых взглядов в освещении новостей.
Автор – Sayan Sen
