Теория сборки: новая смелая «теория всего», которая может связать физику и эволюцию
«Теория сборки» предлагает новое видение возникновения сложности, включающее в себя время и историю молекулярной сборки в качестве центральных элементов. Она может стать основой для новых проектов по поиску внеземной жизни. Однако она сталкивается с серьезными проблемами и вызывает оживленную дискуссию среди ученых, колеблющихся между скептицизмом и любопытством.
Изучение фундаментальных механизмов, лежащих в основе сложности жизни и Вселенной, всегда находилось в центре научного поиска. Сегодня, когда космические аппараты исследуют далекие миры в поисках признаков жизни, а биологи проникают в глубины молекулярного механизма, один вопрос не дает покоя: как возникает сложность в нашей Вселенной?
Недавно теория сборки, разработанная Ли Кронином из Университета Глазго и Сарой Уолкер из Университета штата Аризона, предлагает новый взгляд на сложность и происхождение жизни, подчеркивая фундаментальную роль времени и истории в формировании сложных образований. Эта теория, вызывающая разный интерес и скептицизм в научном сообществе, предполагает, что сложность молекул и живых организмов может быть понята только при учете всей истории их формирования. Работа опубликована в журнале Nature.
Теория сборки, выдвинутая исследователями Ли Кронином и Сарой Уокер, представляет собой инновационный взгляд на формирование и эволюцию сложных структур, в частности биологических молекул. Эта теория отходит от общепринятого представления о том, что сложные молекулы могут просто возникать из ряда комбинаторных возможностей.
Вместо этого Кронин и Уокер утверждают, что история сборки молекул, т.е. этапы и процессы, в ходе которых они образовывались, являются важнейшим элементом понимания их сложности. Они предполагают, что эта история каким-то образом «записана» или закодирована в самих молекулах, влияя на их поведение и будущие взаимодействия.
Для количественной оценки этой сложности в теории введено понятие индекса сборки (ИС). Индекс сборки рассчитывается путем определения минимального количества шагов, необходимых для сборки объекта или структуры из его основных компонентов. Чем больше количество шагов, тем выше ИС, что свидетельствует о большей сложности истории сборки объекта. Эта мера позволяет оценить и сравнить сложность молекулярных образований, принимая во внимание не только их текущую структуру, но и процессы, в результате которых они образовались.
Теория выделяет четыре различные «вселенные». Первая — Вселенная сборки. Это концептуальное пространство, в котором существуют все возможные сборки, независимо от физических законов и временных ограничений, что дает представление о безграничных возможностях молекулярной сборки. Далее, под возможной сборкой понимаются все сборки, которые теоретически могут быть сформированы при соблюдении законов физики, что служит связующим звеном между концептуальной и осуществимой сборками.
Условная сборка, с другой стороны, учитывает историю и конкретный контекст, в котором происходит сборка, признавая, что на пути сборки влияют начальные условия и предыдущие этапы процесса. Наконец, наблюдаемая сборка — это то, что мы можем реально обнаружить и изучить, структуры, которые не только сформировались в соответствии с физическими законами и историческими ограничениями, но и доступны для наших инструментов и методов наблюдения.
Эти вселенные, хотя и отличаются друг от друга, но не изолированы друг от друга, а взаимосвязаны, что отражает переход сущностей от абстрактного к конкретному. Используя понятия, взятые из теории графов, теория сборки пытается наметить пути через эти вселенные.
Профессор Сара Уокер поясняет в пресс-релизе: «Теория сборки предлагает совершенно новый взгляд на физику, химию и биологию как на различные точки зрения на одну и ту же базовую реальность«.
Поиск внеземной жизни
Поиск внеземной жизни всегда сталкивался с серьезной проблемой: как распознать жизнь в формах, которые могут радикально отличаться от тех, что известны нам на Земле? Космические миссии, в частности, исследующие такие спутники, как Европа (Юпитер) и Титан (Сатурн), ищут признаки жизни в средах, которые могут иметь формы жизни, сильно отличающиеся от тех, которые основаны на химии углерода и воды, привычных для нашей планеты.
Теория сборки в этом контексте предлагает новый подход к обнаружению внеземной жизни. В отличие от традиционных методов, которые ищут специфические биомаркеры или химические сигнатуры, ассоциирующиеся с жизнью в нашем понимании, теория сборки использует «химически агностический» подход.
Она стремится выявить молекулы или совокупности молекул, которые несут на себе следы сложной истории сборки, независимо от их конкретного химического состава. Такой подход может позволить ученым обнаружить признаки жизни в средах, которые ранее считались слишком экзотическими или слишком далекими от химии земной жизни, чтобы быть совместимыми с существованием живых организмов.