Вчені та філософи виявляють відсутній еволюційний закон природи

Стаття опублікована в Праці Національної академії наук Він описує «втрачений закон природи», вперше визнаючи важливий критерій у роботі світу природи.

По суті, новий закон стверджує, що складні природні системи еволюціонують у держави більшої структури, різноманітності та складності. Іншими словами, еволюція не обмежується життям на Землі, але також відбувається в інших дуже складних системах, від планет і зірок до атомів, мінералів тощо.

Його написала команда з дев’яти членів: вчені з Наукового інституту Карнегі, Каліфорнійського технологічного інституту (Caltech) і Корнельського університету, а також філософи з Університету Колорадо.

«Мікроскопічні» закони природи описують і пояснюють явища, які щоденно відбуваються у природному світі. Природні закони сили та руху, гравітації, електромагнетизму та енергії, наприклад, були описані понад 150 років тому.

Нова робота вводить нещодавнє доповнення – мікроскопічний закон, який визнає еволюцію загальною рисою складних систем природного світу, яка характеризується:

• Він складається з багатьох різних компонентів, таких як атоми, молекули або клітини, які можна багаторазово впорядковувати та переставляти
• Вони підпорядковуються природним процесам, які спричиняють утворення безлічі різноманітних механізмів
• Лише невелика частка всіх цих утворень виживає в процесі, який називається «відбір для функції».

Незалежно від того, чи є система живою чи неживою, коли нова конфігурація працює добре і її функції покращуються, відбувається еволюція.

«Закон збільшення функціональної інформації» авторів стверджує, що система буде розвиватися, «якщо багато різних конфігурацій системи пройдуть вибір для однієї або кількох функцій».

«Важливим елементом запропонованого природного закону є ідея «відбору для функції», — каже астробіолог Карнегі доктор Майкл Л. Вонг, перший автор дослідження.

У випадку біології Дарвін ототожнював функцію передусім із виживанням, тобто здатністю жити достатньо довго, щоб народити плідне потомство.

Нове дослідження розширює цю перспективу, вказуючи на те, що в природі існують щонайменше три типи робіт.

Основною функцією є стабільність, коли стабільні розташування атомів або молекул вибираються для збереження. Динамічні системи з безперервним живленням також були обрані для безперервності.

Третя і найцікавіша функція — «новизна» — тенденція систем, що розвиваються, досліджувати нові конфігурації, які іноді призводять до дивовижних нових поведінок або властивостей.

Еволюційна історія життя насичена новими елементами: фотосинтез розвинувся, коли окремі клітини навчилися використовувати енергію світла, багатоклітинне життя розвинулося, коли клітини навчилися співпрацювати, а види еволюціонували завдяки новій корисній поведінці, як-от плавання, ходьба, політ і мислення. .

Такий же розвиток відбувається і в мінеральному царстві. Більш давні мінерали являють собою стійкі розташування атомів. Ці примітивні мінерали стали основою для майбутніх поколінь мінералів, які брали участь у виникненні життя. Еволюція життя та мінералів взаємопов’язана: життя використовує мінерали для виготовлення черепашок, зубів і кісток.

Насправді мінерали Землі, які починалися з приблизно 20 мінералів на зорі нашої Сонячної системи, зараз нараховують близько 6000 відомих сьогодні завдяки складнішим фізичним, хімічним і біологічним процесам протягом 4,5 мільярдів років.

У випадку із зірками в статті припускається, що лише два основні елементи — водень і гелій — утворили перші зірки незабаром після Великого вибуху. Ці перші зірки використовували водень і гелій для створення приблизно 20 важчих хімічних елементів. Наступне покоління зірок покладалося на це розмаїття, щоб створити майже 100 додаткових предметів.

«Чарльз Дарвін красномовно пояснив шлях, у який рослини і тварини еволюціонують шляхом природного відбору, з багатьма варіаціями та рисами особин і багатьма різними конфігураціями», — каже співавтор Роберт М. Хейзен з Carnegie for Science, який керував дослідженням.

«Ми стверджуємо, що дарвінівська теорія — це лише дуже особливий і дуже важливий випадок у набагато більшому природному явищі. Ідея про те, що вибір за функціями керує еволюцією, однаково стосується зірок, атомів, металів та багатьох інших концептуально еквівалентних ситуацій, у яких багато конфігурацій. зазнавати вибіркового тиску».

Самі співавтори представляють унікальний міждисциплінарний склад: три філософи науки, два астробіологи, науковець з даних, мінералог і фізик-теоретик.

«У цій новій статті ми розглядаємо еволюцію в найширшому сенсі — зміну в часі — яка включає дарвінівську еволюцію, засновану на деталях «походження з модифікацією», — сказав доктор Вонг.

“Всесвіт генерує нові комбінації атомів, молекул, клітин тощо. Ці стабільні комбінації, які можуть продовжувати генерувати новизну, продовжуватимуть розвиватися. Це робить життя найочевиднішим прикладом еволюції, але еволюція всюди”.

Серед багатьох наслідків у документі представлено наступне:

1. Зрозумійте, як різні системи мають різний ступінь здатності продовжувати розвиватися. «Потенційна складність» або «майбутня складність» були запропоновані як міри того, наскільки складною може стати система, що розвивається.
2. Розуміння того, як можна штучно впливати на швидкість еволюції деяких систем. Ідея функціональної інформації передбачає, що швидкість еволюції в системі можна збільшити принаймні трьома способами: (1) шляхом збільшення кількості та/або різноманітності взаємодіючих факторів, (2) шляхом збільшення кількості різних конфігурацій. системи. система; та/або (3) шляхом посилення вибіркового тиску на систему (наприклад, у хімічних системах шляхом більш частих циклів нагрівання/охолодження або змочування/сушіння).
3. Глибше розуміння генеративних сил, що стоять за створенням та існуванням складних явищ у Всесвіті, а також ролі інформації в їх описі
4. Розуміння життя в контексті інших складних систем, що розвиваються. Життя поділяє деякі концептуальні рівняння з іншими складними розвиненими системами, але автори вказують на майбутній напрямок досліджень, запитуючи, чи є щось особливе в тому, як життя обробляє інформацію про функції (див. також https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2022.0810).
5. Допомога в пошуку життя деінде: якщо лінія розмежування між життям і нежиттям пов’язана з вибором кар’єри, чи можемо ми визначити «правила життя», які дозволять нам розпізнати цю життєво важливу лінію розмежування в астробіологічних дослідженнях? (Див. також «Чи є життя на Марсі? Інші планети? За допомогою штучного інтелекту ми можемо незабаром дізнатися»)
6. У той час, коли розвиваються системи штучного інтелекту викликають дедалі більше занепокоєння, передбачуваний закон інформації, який характеризує, як розвиваються природні та символічні системи, особливо вітається.

Закони природи – рух, тяжіння, електромагнетизм, термодинаміка – тощо. Запис загальної поведінки різних макроскопічних природних систем у просторі та часі.

«Закон збільшення функціональної інформації» доповнює другий закон термодинаміки, який стверджує, що ентропія (безладдя) ізольованої системи збільшується з часом (і тепло завжди тече від більш гарячих об’єктів до більш холодних).