Химик Dr Tour беседует с физиком Dr Miller, специалистом по термодинамике
Термодинамика и происхождение жизни.
Тезисы/Проблемы OOL - Origin of Life:
- Обычно те, кто говорит о термодинамике в контексте происхождения жизни (OOL), не понимают основных проблем.
Термодинамические системы не способны без внешнего управления двигаться к состоянию одновременно с низкой энтропией и высокой энергией, что необходимо для формирования живой клетки. C низкой энтропией - пожалуйста (отвод тепла ΔS = ΔQ/T < 0). С высокой внутренней энергией - сколько угодно (первый закон: ΔU = Q − W, случай ΔU > 0). Но переход к состояниям в трд системе одновременно с низкой энтропией и высоким уровнем внутренней энергии - нет (без внешнего управления). В природе естественным образом реализуются лишь сценарии, в которых повышение энтропии сопровождается повышением внутренней энергии, либо понижение энтропии понижением энергии в системе.
- Ведущие специалисты по химическим гипотезам происхождения жизни признают наличие следующих проблем (они же = химические требования к началу жизни)
Таким образом, для OOL требуется:
- Энергия
- Информация/предписание о том, как употребить энергию: какие соединения получить за счёт каких.
- Управление процессами в зависимости от состояния внутри клетки и вне её.
То есть мы имеем ПОЛНОЕ принципиальное согласие между тем, что артикулируют ID-шники и их симпатизанты (тот же Дж. Тур, например), с одной стороны, и ведущие специалисты по проблеме происхождения жизни, представители лагеря натуралистов, с другой. Вот только первые признают, что решения обозначенных проблем без агента не существует, а вторые предлагают обычно отбор как выход из чудовищно трудного положения, трудность которого, повторимся, видна и тем, и другим.
Однако отбор на добиотической стадии не имеет никакого смысла в контексте OOL, потому что отбираясь по критерию способности реплицироваться, молекулы деградируют по структуре: происходит упрощение структуры и укорочение молекул. То, что специалисты хватаются за отбор, полностью понимая, что они фактически хватаются за соломинку, - не от хорошей жизни. Но больше у натуралистов всё равно ничего нет. А вот те полимеры (например, нуклеиновые кислоты), которые имеют большую информационную ёмкость, как раз плохо реплицируются без дополнительных ухищрений, о чём сказано ниже.
- Проблема Айгена: катастрофическое возрастание ошибок копирования с увеличением длины молекулы. Для стабильного копирования РНК реалистичного размера нужен корректор, код которого длиннее того, что может стабильно копироваться без него. Тур вспоминает о неудавшемся своём трехлетнем проекте, целью которого было создание реплицирующихся соединений без использования биологических структур. Проблема в том, что на практике селектор получается сложнее того, что он отбирает, к тому же, как мы уже знаем, копирование происходит с низкой точностью. Поэтому в реальной жизни получается так, что этим селектором выступает экспериментатор.
- Миллер: системная биология - новая дисциплина, в которой де-факто устаревшие дарвинистские номенклатура и отправные положения заменены на номенклатуру дизайна. Это свидетельство бесперспективности попыток, предпринимаемых представителями старой школы, задержать развитие научной мысли.
Поясним тезис Миллера.
Сторонники дарвинизма не могут "переварить" тезиса о необходимости отказаться от тупикового дарвинистского мышления.
Тем не менее, парадигма дизайна оказывает всё большее влияние.
Миллер цитирует монографию специалистов по биологии, информатике и кибернетике, выпущенную издательством MIT Press и посвящённую системной биологии. Системная биология? Хорошо. Но какое отношение она имеет к технологическому инженерному вузу?! Как инженеры смеют замахиваться на биологию, на Дарвина?!
Смеют! Биология сегодня уже не та, что была раньше, когда мы учились в школе. Биология всё больше переплетается с инженерными дисциплинами, в частности, с теорией систем. И вот эта книга как раз - подтверждение тому, что новое слово в биологии сегодня могут сказать инженеры:
Цитаты из книги о необходимости мыслить категориями дизайна в биологии:
Научная повестка, основанная на предположении о дизайне биологических систем, объединяющая биологию с принципами создания сложных искусственных систем, способна формировать предсказания, более близкие к реальности, чем те, которые формируются в натуралистической парадигме. Эти фундаментальные различия исходных посылок сводятся к тому, что в натуралистической парадигме биологические системы представляются как продукт нецеленаправленного эволюционирования "снизу вверх":
случайность + отбор по примитивному! принципу (отбор должен быть чрезвычайно прост, в противном случае это не автоматический отбор, а дизайн) -> случайная полезность, предоставляющая локальные во времени и пространстве незапланированные преимущества, за которые может зацепиться отбор -> нечто, создающее впечатление дизайна,
тогда как в парадигме дизайна живые организмы рассматриваются как продукт разработки "сверху вниз":
цель -> принципы организации -> средства достижения цели -> конкретная реализация
Так вот, именно второй образ мысли приводит к гипотезам, которые гораздо лучше отвечают наблюдениям, чем в первом случае.
Парадигма дизайна порождает вот такую исследовательскую эвристику (так наз. функциональная триангуляция): наблюдаем функцию, предполагаем наличие механизма, осуществляющего эту функцию, ищем механизм; последующие наблюдения либо подтверждают предположение, либо нет.
Записи на полях:
Прямая связь (отличие от обратной):
Feedforward is a type of element or pathway within a control system. Feedforward control uses measurement of a disturbance input to control a manipulated input. This differs from feedback, which uses measurement of any output to control a manipulated input.
In thermodynamics, a thermodynamic force is systems-based quantification of the energy tendencies. In a sense, the thermodynamic force is the energetic description of the driving force of any process. Conjugate variables, see here.
Тезисы/Проблемы OOL - Origin of Life:
- Обычно те, кто говорит о термодинамике в контексте происхождения жизни (OOL), не понимают основных проблем.
Термодинамические системы не способны без внешнего управления двигаться к состоянию одновременно с низкой энтропией и высокой энергией, что необходимо для формирования живой клетки. C низкой энтропией - пожалуйста (отвод тепла ΔS = ΔQ/T < 0). С высокой внутренней энергией - сколько угодно (первый закон: ΔU = Q − W, случай ΔU > 0). Но переход к состояниям в трд системе одновременно с низкой энтропией и высоким уровнем внутренней энергии - нет (без внешнего управления). В природе естественным образом реализуются лишь сценарии, в которых повышение энтропии сопровождается повышением внутренней энергии, либо понижение энтропии понижением энергии в системе.
- Ведущие специалисты по химическим гипотезам происхождения жизни признают наличие следующих проблем (они же = химические требования к началу жизни)
Таким образом, для OOL требуется:
- Энергия
- Информация/предписание о том, как употребить энергию: какие соединения получить за счёт каких.
- Управление процессами в зависимости от состояния внутри клетки и вне её.
То есть мы имеем ПОЛНОЕ принципиальное согласие между тем, что артикулируют ID-шники и их симпатизанты (тот же Дж. Тур, например), с одной стороны, и ведущие специалисты по проблеме происхождения жизни, представители лагеря натуралистов, с другой. Вот только первые признают, что решения обозначенных проблем без агента не существует, а вторые предлагают обычно отбор как выход из чудовищно трудного положения, трудность которого, повторимся, видна и тем, и другим.
Однако отбор на добиотической стадии не имеет никакого смысла в контексте OOL, потому что отбираясь по критерию способности реплицироваться, молекулы деградируют по структуре: происходит упрощение структуры и укорочение молекул. То, что специалисты хватаются за отбор, полностью понимая, что они фактически хватаются за соломинку, - не от хорошей жизни. Но больше у натуралистов всё равно ничего нет. А вот те полимеры (например, нуклеиновые кислоты), которые имеют большую информационную ёмкость, как раз плохо реплицируются без дополнительных ухищрений, о чём сказано ниже.
- Проблема Айгена: катастрофическое возрастание ошибок копирования с увеличением длины молекулы. Для стабильного копирования РНК реалистичного размера нужен корректор, код которого длиннее того, что может стабильно копироваться без него. Тур вспоминает о неудавшемся своём трехлетнем проекте, целью которого было создание реплицирующихся соединений без использования биологических структур. Проблема в том, что на практике селектор получается сложнее того, что он отбирает, к тому же, как мы уже знаем, копирование происходит с низкой точностью. Поэтому в реальной жизни получается так, что этим селектором выступает экспериментатор.
- Миллер: системная биология - новая дисциплина, в которой де-факто устаревшие дарвинистские номенклатура и отправные положения заменены на номенклатуру дизайна. Это свидетельство бесперспективности попыток, предпринимаемых представителями старой школы, задержать развитие научной мысли.
Поясним тезис Миллера.
Сторонники дарвинизма не могут "переварить" тезиса о необходимости отказаться от тупикового дарвинистского мышления.
Тем не менее, парадигма дизайна оказывает всё большее влияние.
Миллер цитирует монографию специалистов по биологии, информатике и кибернетике, выпущенную издательством MIT Press и посвящённую системной биологии. Системная биология? Хорошо. Но какое отношение она имеет к технологическому инженерному вузу?! Как инженеры смеют замахиваться на биологию, на Дарвина?!
Смеют! Биология сегодня уже не та, что была раньше, когда мы учились в школе. Биология всё больше переплетается с инженерными дисциплинами, в частности, с теорией систем. И вот эта книга как раз - подтверждение тому, что новое слово в биологии сегодня могут сказать инженеры:
Цитаты из книги о необходимости мыслить категориями дизайна в биологии:
Научная повестка, основанная на предположении о дизайне биологических систем, объединяющая биологию с принципами создания сложных искусственных систем, способна формировать предсказания, более близкие к реальности, чем те, которые формируются в натуралистической парадигме. Эти фундаментальные различия исходных посылок сводятся к тому, что в натуралистической парадигме биологические системы представляются как продукт нецеленаправленного эволюционирования "снизу вверх":
случайность + отбор по примитивному! принципу (отбор должен быть чрезвычайно прост, в противном случае это не автоматический отбор, а дизайн) -> случайная полезность, предоставляющая локальные во времени и пространстве незапланированные преимущества, за которые может зацепиться отбор -> нечто, создающее впечатление дизайна,
тогда как в парадигме дизайна живые организмы рассматриваются как продукт разработки "сверху вниз":
цель -> принципы организации -> средства достижения цели -> конкретная реализация
Так вот, именно второй образ мысли приводит к гипотезам, которые гораздо лучше отвечают наблюдениям, чем в первом случае.
Парадигма дизайна порождает вот такую исследовательскую эвристику (так наз. функциональная триангуляция): наблюдаем функцию, предполагаем наличие механизма, осуществляющего эту функцию, ищем механизм; последующие наблюдения либо подтверждают предположение, либо нет.
Записи на полях:
Прямая связь (отличие от обратной):
Feedforward is a type of element or pathway within a control system. Feedforward control uses measurement of a disturbance input to control a manipulated input. This differs from feedback, which uses measurement of any output to control a manipulated input.
In thermodynamics, a thermodynamic force is systems-based quantification of the energy tendencies. In a sense, the thermodynamic force is the energetic description of the driving force of any process. Conjugate variables, see here.