Ученые выявили недостающий закон эволюции в развивающихся системах

Группа ученых описала новый закон природы, впервые признавая важную норму в работе мира природы.

По сути, новый закон гласит, что сложные природные системы развиваются до состояний большей структуры, разнообразия и сложности. Другими словами, эволюция не ограничивается жизнью на Земле, она также происходит в других чрезвычайно сложных системах: от планет и звезд до атомов, минералов и многого другого.

Его авторами выступила группа из девяти человек — ученые из Института науки Карнеги, Калифорнийского технологического института и Корнельского университета.

«Макроскопические» законы природы описывают и объясняют явления, ежедневно наблюдаемые в мире природы. Например, законы природы, связанные с силами и движением, гравитацией, электромагнетизмом и энергией, были описаны более 150 лет назад.

Новая работа представляет собой современное дополнение — макроскопический закон, признающий эволюцию как общую черту сложных систем мира природы, которые характеризуются следующим образом:

• Они состоят из множества различных компонентов, таких как атомы, молекулы или клетки, которые могут многократно располагаться и перестраиваться.
• Подвержены естественным процессам, которые приводят к формированию бесчисленного множества различных механизмов.
• Лишь небольшая часть всех этих конфигураций выживает в процессе, называемом «отбор по функции».

Независимо от того, является система живой или неживой, когда новая конфигурация работает хорошо и функции улучшаются, происходит эволюция.

В новом «Законе увеличения функциональной информации» авторов говорится, что система будет развиваться, «если множество различных конфигураций системы подвергаются отбору для одной или нескольких функций».

«Важным компонентом этого предложенного естественного закона является идея «отбора по функции», — говорит астробиолог Майкл Л. Вонг, первый автор исследования.

В случае с биологией Чарльз Дарвин отождествлял функцию прежде всего с выживанием — способностью жить достаточно долго, чтобы производить плодовитое потомство.

Новое исследование расширяет эту точку зрения, отмечая, что в природе встречаются по крайней мере три вида функций.

Смотрите также

Преодоление разрыва между физикой и биологией: новая теория может помочь объяснить жизнь

Акулы живут настолько давно, что могли уже дважды облететь всю Галактику

Самой основной функцией является стабильность: для продолжения выбираются стабильные расположения атомов или молекул. Также для сохранения выбраны динамические системы с постоянными поставками энергии.

Третья и наиболее интересная функция — это «новизна» — тенденция развивающихся систем исследовать новые конфигурации, которые иногда приводят к поразительно новому поведению или характеристикам.

Эволюционная история жизни богата новшествами: фотосинтез развился, когда отдельные клетки научились использовать энергию света, многоклеточная жизнь возникла, когда клетки научились сотрудничать, а виды развились благодаря новым полезным формам поведения, таким как плавание, ходьба, полет и мышление.

Такая же эволюция происходит и в минеральном царстве. Самые ранние минералы представляют собой особенно стабильное расположение атомов. Эти первичные минералы послужили основой для следующих поколений минералов, которые участвовали в зарождении жизни. Эволюция жизни и минералов переплетаются, поскольку жизнь использует минералы для создания панцирей, зубов и костей.

Действительно, минералов Земли, которых на заре Солнечной системы насчитывалось около 20, теперь насчитывают почти 6000 благодаря все более сложным физическим, химическим и, в конечном итоге, биологическим процессам, происходящим на протяжении 4,5 миллиардов лет.

Что касается звезд, в статье отмечается, что только два основных элемента — водород и гелий — образовали первые звезды вскоре после Большого взрыва.

Эти самые ранние звезды использовали водород и гелий для создания около 20 более тяжелых химических элементов. И следующее поколение звезд, опираясь на это разнообразие, произвело еще почти 100 элементов.

«Чарльз Дарвин красноречиво сформулировал, как растения и животные развиваются путем естественного отбора, с множеством вариаций и особенностей особей и множеством различных конфигураций», — говорит Роберт М. Хейзен, руководитель исследования.

«Мы утверждаем, что дарвиновская теория — это всего лишь особый, очень важный случай в рамках гораздо более масштабного природного явления. Представление о том, что отбор по функциям управляет эволюцией, в равной степени применимо к звездам, атомам, минералам и многим другим концептуально эквивалентным ситуациям, когда многие конфигурации подвергаются избирательному давлению».

Исследование было опубликовано в журнале PNAS.