211service.com
Hvorfor livet er fysik, ikke kemi
I videnskabshistorien er der mange eksempler på simple ændringer i perspektivet, der fører til dybtgående indsigt i kosmos natur. Opfindelsen af teleskopet er måske et eksempel. En anden er erkendelsen af, at kemisk energi, termodynamisk energi, kinetisk energi og lignende alle er manifestationer af det samme. Du kan helt sikkert levere dine egne yndlingsforekomster her.
Et af de mere vigtige eksempler i det 20. århundredes videnskab er, at biologi er resultatet af evolution, ikke omvendt. På den måde, hvis man tænker, er evolution en proces, endda en algoritme; omend en med ufattelig kraft. Udnyt evolutionen, og der er lidt, du ikke kan opnå.
I de senere år er dataloger begyndt at udnytte evolutionens fantastiske kraft. En ting, de har oplevet gang på gang, er evolutionens blinde fremskridt. Sæt en genetisk algoritme i gang, og den vil udforske det evolutionære landskab på udkig efter lokale minima. Når den finder en, ved man ikke, om det er den bedst mulige løsning, eller om den ligger inden for berøringsafstand fra en evolutionær afgrund, der repræsenterer en løsning af en helt anden størrelsesorden.
Det antyder muligheden for, at livet, som det har udviklet sig på Jorden, kun er et lokalt minima i et stort landskab af evolutionære muligheder. Hvis det er tilfældet, studerer biologer en ynkeligt lille brøkdel af noget større. Meget større.
I dag får vi et vigtigt indblik i denne situation takket være et fascinerende papir af Nigel Goldenfeld og Carl Woese ved University of Illinois. Goldenfeld er fysiker af uddannelse, mens Woese, også fysiker, er en af de store revolutionære skikkelser inden for biologi. I 1970'erne definerede han et nyt livets rige, Archae, og udviklede en teori om livets oprindelse kaldet RNA-verdenshypotesen, som har vundet meget berømmelse eller berømmelse afhængigt af dit synspunkt.
Sammen antyder de, at biologer er nødt til at tænke på deres felt på en radikal ny måde: som en gren af det kondenserede stofs fysik. Deres grundlæggende formodning er, at livet er et emergent fænomen, der opstår i systemer, der er langt ude af ligevægt. Hvis du accepterer denne præmis, opstår der straks to spørgsmål: Hvilke love beskriver sådanne systemer, og hvordan skal vi komme frem til dem.
Goldenfeld og Woese siger, at biologers lukkede måde at tænke på dette emne er legemliggjort af sætningen: alt liv er kemi. Intet kunne være længere fra sandheden, siger de.
De har en interessant analogi til at hjælpe med at presse deres sag: eksemplet med superledning. Det ville være let at se på superledning og forestille sig, at det fuldt ud kan forklares af elektronernes egenskaber, når de overføres ind og ud af de ydre atomare orbitaler. Du kan gå videre og sige, at superledning er alle atomer og kemi.
Og alligevel er den virkelige forklaring meget mere interessant og dyb. Det viser sig, at mange af problemerne med superledning forklares af en teori, som beskriver forholdet mellem elektromagnetiske felter og rækkefølge på lang rækkevidde. Når symmetrien i dette forhold bryder sammen, er resultatet superledning.
Og det sker ikke kun i materialer på Jorden. Denne form for symmetribrud opstår andre eksotiske steder, såsom kernerne af kvarkstjerner. Superledning er et emergent fænomen og har lidt at gøre med atomers opførsel. En kemiker ville blive forbløffet.
Ifølge Goldenfeld og Woese er livet som superledning. Det er et opstået fænomen, og vi er nødt til at forstå fysikkens grundlæggende love, der styrer dens adfærd. Derfor er det kun en disciplin, der ligner fysik, der kan afsløre sådanne love, og biologi, som den praktiseres i dag, falder ikke ind under denne kategori.
Det er en modig og provokerende idé, der måske ikke kommer som en komplet overraskelse for den seneste generation af biofysikere. For de andre burde det være en opfordring til våben.
Vi følger med interesse resultaterne.
Ref: arxiv.org/abs/1011.4125 : Livet er fysik: Evolution som et kollektivt fænomen langt fra ligevægt