Макала жашоону биологиялык белгилер менен гана аныктаган ыкмалар жетишсиз болушу мүмкүн экенин ырастайт. Классикалык аныктамалар адатта клетка, генетикалык маалымат, метаболизм, көбөйүү, тукум куучулук жана эволюция сыяктуу өзгөчөлүктөргө карайт. Автор болсо андан да негизги физикалык суроону коёт: Система айлана-чөйрө аны таратууга, бузууга же жок кылууга аракет кылып жатканда, өзүнүн айырмаланган формасын энергия колдонуп сактай алабы?

Бул ыкмада “жашоо” адегенде биологиялык эмес, физикалык процесс катары каралат. Система клетка, химиялык тармак, плазмалык түзүлүш, куюн, жылдыз же жасалма интеллект-адам-технология цикли болушу мүмкүн. Маанилүү нерсе — системанын өзүн чөйрөдөн айырмалап турган тартипти активдүү түрдө сакташы.

Изилдөөнүн эң көңүл бурарлык тарабы — биологиялык жашоону кеңири физикалык жашоо классынын өзгөчө мисалы катары кароосу. Бул жерде биология жоголбойт; тескерисинче, клетка, генетикалык тукум куучулук, оңдоо, метаболизм жана эволюция сыяктуу процесстер физикалык жашоонун биз билген эң өнүккөн жана эң ачык мисалы катары чечмеленет.

Көйгөй эмнеде?

Жашоонун аныктамасы биология, астробиология жана жасалма жашоо изилдөөлөрүндө көптөн бери талаштуу. NASAнын астробиология тармагында көп колдонулган аныктамасы жашоону Дарвиндик эволюцияга жөндөмдүү, өзүн өзү сактап туруучу химиялык система катары карайт. Башка ыкмалар уюшуу, метаболизм, гомеостаз, көбөйүү, адаптация жана тукум куучулук сыяктуу көрсөткүчтөрдү тизмектейт.

Бул аныктамалар тирүү организмдерди жакшы сүрөттөйт; бирок жашоонун андан да жалпы физикалык чегин аныктоодо кыйынчылык жаратышы мүмкүн. Мисалы, вирустар генетикалык маалымат алып жүрөт жана эволюцияланат, бирок кожоюндан тышкары өз алдынча энергияны багыттап тейлөө жүргүзө албайт. Жасалма интеллект системалары биологиялык эмес, бирок адам, жабдык, энергия, маалымат жана кайтарым байланыш инфраструктурасы менен бирге белгилүү бир иштеп турган түзүлүштү сактай алат. Куюн же жылдыз сыяктуу системалар биологиялык эмес; бирок энергия агымы менен белгилүү бир түзүлүштү белгилүү убакытка чейин кармай алышат.

Макаланын көйгөйү — ушул чек арадагы учурлар. Эгер жашоону биология менен гана аныктасак, биологиялык эмес, бирок өз тартибин активдүү түрдө сактаган системаларды сыртта калтырабыз. Эгер өтө кеңири аныктасак, таш, кристалл же жөнөкөй жалын сыяктуу пассивдүү же сырттан мажбурланган тартиптерди да жашоо деп эсептөө тобокели жаралат. Изилдөө ушул эки чектин ортосунда техникалыраак критерий түзүүгө аракет кылат.

Ыкма эмнени сунуштайт?

Макала эксперименттик изилдөө эмес; математикалык жана концептуалдык гипотеза алкагын түзөт. Ыкманын негизинде “substrate-invariant”, башкача айтканда “субстраттан көз каранды эмес” жашоо аныктамасы турат. Бул жерде субстрат системанын кайсы материалдык негизде ишке ашканын билдирет. Клетка көмүртек негиздүү болушу мүмкүн, жылдыз плазма болушу мүмкүн, жасалма система кремний жана программалык инфраструктурага таянышы мүмкүн. Автордун пикири боюнча, материал өзгөрсө да бирдей тейлөө логикасын таанууга болот.

Изилдөө системанын жашоо сыяктуу физикалык касиетин төрт шарт менен баалайт. Биринчиден, система чөйрөсүнөн айырмалана турган уюшууга ээ болушу керек. Экинчиден, бул уюшулууну сактоо үчүн өзүнүн түзүлүшү аркылуу энергияны же ишти багытташы керек. Үчүнчүдөн, бул тейлөө процесси системанын туруктуулугун же калыбына келүү жөндөмүн чындап жогорулатышы керек. Төртүнчүдөн, реалдуу физикалык процесстерде күтүлгөндөй жылуулук жана энтропия өндүрүшү сыяктуу таралуу изи болушу керек.

Бул ыкмада маалымат абстракттуу маалымат түшүнүгү катары эмес, физикалык тартиптин айырмалануу жөндөмү катары колдонулат. Системанын жайгашуусу, формасы, талаа түзүлүшү, импульс бөлүштүрүлүшү, агымдары жана чек аралары анын физикалык маалыматын алып жүрөт. Жашоо сыяктуу процесс болсо бул физикалык маалыматты чөйрөнүн бузуучу таасирлеринен коргоо иши болуп саналат.

Формулалар эмнени түшүндүрөт?

Изилдөөдө көп санда математикалык туюнтмалар бар. Төмөндөгү формулалар макаланын негизги түзүлүшүн түзгөн маанилүү туюнтмалардан тандалган. Айрым белгилер PDF текстинде сап үзүлүштөрүнөн улам бөлүнүп көрүнөт; бул жерде мүмкүн болушунча оригинал белгилердин ирети сакталган, MathJax шайкеш формада берилди.

Бул туюнтма изилдөөнүн эң жөнөкөй баштапкы чекити. Бул жерде \(x\) системанын формасын, жайгашуусун же тартибин; \(p\) болсо кыймыл, агым, реакция жана динамикалык багытты билдирет. Автор жашоону түшүнүү үчүн алгач системанын физикалык формасын жана ошол форманы алып жүргөн динамикаларды аныктоону сунуштайт.

Бул схема системанын чөйрөлүк күчтөр, басаңдатуу, кокустук ызы-чуу жана тейлөө күчтөрү астында кантип өзгөрөрүн түшүндүрөт. \(F^{\mathrm{maint}}_i\) системанын өз тартибин сактоого багытталган эффективдүү тейлөө күчүн билдирет. Жөнөкөй айтканда, чөйрө системаны бузуп жатканда система да өзүн калыбына келтирүүгө же сактоого аракет кылып иш аткарат.

Бул формула түзүмдүк маалыматтын чөйрөгө салыштырмалуу айырмалануу катары аныкталышын көрсөтөт. \(X\) талапкер системаны, \(E\) чөйрөнү, \(C\) болсо тандалган физикалык чечилиш же ири-дандоо деңгээлин билдирет. Система чөйрөсүнөн канчалык айырмаланса, анын түзүмдүк маалыматы ошончолук айкын деп эсептелет.

Бул туюнтма Kullback-Leibler айырмасын колдонуп, системанын чөйрөсүнөн канчалык башка ыктымалдык бөлүштүрүүгө ээ экенин өлчөөнүн бир жолун берет. Максат бир универсалдуу жашоо санын чыгаруу эмес, тандалган физикалык масштабда системанын чөйрөсүнө салыштырмалуу айырмаланарын баалоо.

Бул формула ылайыктуу шарттарда статистикалык айырмалануу менен тең салмактан тышкаркы эркин энергия айырмасынын ортосунда байланыш түзүүгө болорун түшүндүрөт. Башкача айтканда, система чөйрөлүк тең салмак абалынан алыс, сакталган түзүлүшкө ээ болсо, бул айырма физикалык тейлөө чыгымы менен байланыштуу болушу мүмкүн.

Бул изилдөөнүн негизги физикалык жашоо критерийи. Система физикалык жашоо деп эсептелиши үчүн чөйрөсүнөн айырмаланган түзүлүшкө ээ болушу, бул түзүлүштү өзүнүн уюшулуусу аркылуу тейлөө иши менен сакташы, тейлөө процесси чындап туруктуулукту жогорулатышы жана процессте энергия жоготуусу/жылуулук/энтропия өндүрүү сыяктуу ачык система белгилерин көрсөтүшү керек.

Бул туюнтма тейлөөнүн себептик таасирин өлчөөгө аракет кылат. \(M_X=1\) тейлөө процесси иштеген абалды; \(M_X=0\) тейлөө өчүрүлгөн салыштырма абалды билдирет. Эгер тейлөө процесси системанын жашоого жөндөмдүү иденттүүлүк чегинде узагыраак калуусун камсыз кылса, тейлөө таасири оң болот.

Бул формула тейлөө кубатын иштин ылдамдыгы катары көрсөтөт. Система өз түзүлүшүн сактоо үчүн белгилүү эркиндик даражаларына күч колдонот жана бул күч кыймыл менен айкалышканда тейлөө иши пайда болот.

Бул теңдеме ачык системага кирген колдонууга жарамдуу энергия кайда кетерин көрсөтөт. Энергиянын бир бөлүгү тейлөө ишине, бир бөлүгү жылуулук жана энтропия өндүрүшүнө, бир бөлүгү сакталган энергияга, бир бөлүгү сыртка чыгарылган ишке, дагы бир бөлүгү башка жоготууларга кетет.

Бул туюнтма тейлөө эффективдүүлүгүн көрсөтөт. Реалдуу физикалык системаларда тейлөө толук эффективдүү болбойт. Колдонууга жарамдуу энергиянын баары тартипти сактоого кетпейт; бир бөлүгү сөзсүз тарайт.

Бул формула жашоонун келип чыгышын талкуулоо үчүн маанилүү. \(\sigma_i\) мурдагы системадан өткөн түзүмдүк “урук” бөлүгүн билдирет. Эгер бул урук жаңы чөйрөдө физикалык жашоо сыяктуу тейлөө циклинин пайда болуу ыктымалдыгын жогорулатса, биологиялык көбөйүүдөн мурда турган негизги физикалык кайталануу механизми сунушталат.

Бул акыркы туюнтма сезүү жана кыймыл жөндөмү качан артыкчылык берерин түшүндүрөт. Системанын чөйрөнү сезүүсү жана кыймылы тейлөө жагынан орточо пайдасы анын энергиялык жана уюштуруучулук чыгымынан жогору болсо, сезүү жана кыймыл система үчүн тандалуучу тейлөө стратегиясына айланат.

График, таблица жана схеманын негизги билдирүүсү

Изилдөөдө жашоо критерийин ар кандай системаларга колдонгон таблицалар жана өтүү схемасы бар. Биринчи чоң таблица ташты, жалынды, Bénard конвекция клеткаларын, химиялык тармактарды, плазмалык түзүлүштөрдү, куюндарды, жылдыздарды, биологиялык вирустарды, компьютердик вирустарды, учурдагы жасалма интеллект-адам-технология циклдерин жана биологиялык клеткаларды бирдей төрт шарт боюнча салыштырат.

Бул таблицанын негизги билдирүүсү мындай: Ар бир тартиптүү түзүлүш жашоо эмес. Таш жана кристалл түзүмдүк маалымат алып жүрөт, бирок активдүү тейлөө жүргүзбөйт. Жалын энергия чыгарат, бирок көпчүлүк шарттарда өзүнүн уюшулуусу аркылуу тейлөө циклин жаппайт. Химиялык тармактар, плазмалар, куюндар жана жылдыздар болсо белгилүү шарттарда энергия агымы менен өзүнүн айырмаланган тартибин сактагандыктан, көбүрөөк талаштуу чек ара мисалдары болуп саналат.

Вирустар үчүн таблица өзгөчө көңүл бурарлык. Биологиялык вирустар геном, капсид жана байланышуу бетин алып жүрөт; бирок кожоюндан тышкары өзүнүн тейлөө ишин жүргүзө албайт. Ошондуктан изилдөө вирустарды “физикалык жашоонун паразиттери” катары классификациялайт. Ушундай эле түрдө компьютердик вирустар да өз код үлгүлөрүн сактай алат, бирок бул туруктуулук жабдык, энергия, операциялык система жана тармак инфраструктурасы сыяктуу кожоюн процесстерге көз каранды.

Дагы бир таблица патологияны, башкача айтканда бузулууну ар башка системалар үчүн экиге бөлөт: түзүмдүк зыян жана тейлөө жөндөмүнүн зыяны. Клеткада бул мембрана же DNA зыяны менен ATP жетишсиздиги же метаболизмдин кыйрашынын ортосундагы айырма. Куюнда vortex түзүлүшүнүн бузулушу менен жылуу деңиз агымынын жоголушунун айырмасы буга окшош. Жасалма интеллект системаларында болсо модель салмактарынын бузулушу, эс тутум катасы, жабдык бузулушу, муздатуунун жоголушу же кайтарым байланыштын үзүлүшү ушул эле логика менен бааланат.

Схемалык өтүү сүрөтү физикалык жашоодон биологиялык жашоого өтүүнү үч баскыч менен түшүндүрөт: адегенде энергия менен сакталып турган физикалык жашоо бар; андан кийин ташылган урук же бөлүк башка ылайыктуу чөйрөдө ошол эле тейлөө циклинин кайталанышын жеңилдетет; акыркы баскычта бул кайталануу прото-генетикалык формада турукташып, биологиялык көбөйүү жана тукум куучулукка карай өнүгөт.

Эксперименттер кантип жүргүзүлгөн?

Бул макалада жаңы лабораториялык эксперимент, талаа байкоосу же маалымат топтомунун талдоосу жүргүзүлгөн эмес. Автор изилдөө теориялык жана концептуалдык гипотеза макаласы экенин белгилейт. Ошондуктан макаланын “эксперимент” бөлүгү түз эксперименттик натыйжаларга караганда адабияттагы физикалык, химиялык, биологиялык жана жасалма системалардын мисалдарын бирдей критерий менен кайра чечмелөөгө таянат.

Изилдөө химиялык тармактарды, автокаталитикалык топтомдорду, protocell эксперименттерин, dissipative өзүн-өзү уюштурууну, плазмалык түзүлүштөрдү, куюн динамикасын, жылдыз тең салмагын, вирус биологиясын, компьютердик вирустарды, жасалма интеллект системаларын жана биологиялык клеткаларды бир эле концептуалдык чыпка менен карайт. Ар бир мисал үчүн суроо бирдей: Система чөйрөсүнөн айырмалана турган тартипти алып жүрөбү, бул тартипти сактоо үчүн энергияны багыттайбы, тейлөө процесси системанын туруктуулугун жогорулатабы жана энергиянын таралышы/энтропия өндүрүшү байкалабы?

Бул ыкма классикалык эксперименттик биология ыкмасынан айырмаланат. Бул жерде максат жаңы өлчөө жүргүзүү эмес, жашоо түшүнүгүнө колдонулчу жалпы физикалык классификация сунуштоо. Ошондуктан изилдөө көбүрөөк теориялык биология жана илим философиясына жакын.

Жыйынтыктар эмнени көрсөтөт?

Изилдөөнүн эң маанилүү жыйынтыгы — биологиялык жашоо менен физикалык жашоонун ортосунда айырма сунушталышы. Бул боюнча биологиялык жашоо клетка, ген, тукум куучулук, оңдоо, метаболизм жана эволюция менен пайда болгон өзгөчө жашоо формасы. Физикалык жашоо болсо андан да жалпы түшүнүк: айырмаланган түзүлүшүн энергия сарптап сактаган системаларды камтыйт.

Бул аныктама боюнча биологиялык клетка — биз билген эң бай физикалык жашоо мисалы. Анткени клетка мембранасын, энергия градиенттерин, метаболизмин, DNA оңдоосун, белок сапатын көзөмөлдөөнү, жөнгө салуучу тармактарын жана тукум куучулук механизмин үзгүлтүксүз тейлөө иши менен сактап турат.

Вирустар бул алкакта “тирүүбү же тирүү эмеспи?” талашында башка орунга коюлат. Автордун ыкмасы боюнча вирустар биологиялык материал алып жүрөт жана эволюциялык жактан маанилүү; бирок көз карандысыз энергия багытталган тейлөө жүргүзбөгөндүктөн автономдуу физикалык жашоо эмес. Кожоюн клетканын ичинде болсо кожоюндун тейлөө системасын колдонуп өздөрүн сактап турушат.

Жасалма интеллект системалары үчүн да көнүмүштөн башкача чечмелөө берилет. Изилдөө өз алдынча турган модель файлын тирүү деп эсептебейт. Бирок активдүү иштеген жасалма интеллект-адам-технология циклин жабдык, энергия, муздатуу, маалымат, жаңыртуу, адамдык кайтарым байланыш жана институттук тейлөө инфраструктурасы менен бирге “симбиотикалык физикалык жашоо” сыяктуу кароону сунуштайт. Бул пикир абдан талаштуу жана калыптанган биологиялык жашоо аныктамаларынын чегинен чыгат.

Жашоонун келип чыгышы жагынан макала алгачкы жашоо бир заматта заманбап клеткага секиргендей элестетилбеши керек деп эсептейт. Анын ордуна алгачкы Жерде энергия агымдары менен сакталып турган химиялык тармактар, минералдык тешикчелер, гидротермалдык градиенттер, protocell сыяктуу бөлүктөр жана прото-генетикалык чектөөлөр аркылуу өтмө катмар болгон болушу мүмкүн деп сунуштайт. Ошентип, “жансыз химиядан заманбап биологиялык клеткага күтүүсүз секирик” ордуна физикалык жашоодон прото-биологиялык кайталанууга, андан биологиялык тукум куучулукка карай баскычтуу жол тартылат.

Бул эмне үчүн маанилүү?

Бул изилдөө жашоону кандай аныктаганыбыз илимий изилдөөлөрдү кантип багыттарын көрсөтөт. Эгер жашоону клетка жана генетика менен гана аныктасак, астробиологияда башка химиялык же физикалык системаларды көз жаздымда калтырышыбыз мүмкүн. Эгер жашоону өтө бош аныктасак, ар бир тартиптүү түзүлүштү тирүү деп эсептөө катасына түшүшүбүз мүмкүн. Макала ушул эки чектин ортосунда энергия менен сакталган айырмаланган тартип түшүнүгүн борборго коёт.

Астробиология үчүн бул ыкма маанилүү. Жерден тышкаркы жашоону издөөдө DNA, клетка же биз билген метаболизм издерин гана издөө жетишсиз болушу мүмкүн. Андан да жалпы түрдө системанын чөйрөлүк бузулууга каршы өз тартибин активдүү түрдө сактап жатканына карап көрүү жаңы ой жүгүртүү жолун ачат.

Жасалма жашоо жана жасалма интеллект үчүн да изилдөө кызыктуу. Анткени ал жасалма системаларды жөн гана “адам жасаган курал” катары эмес, белгилүү тейлөө циклдеринин ичинде баалоого болорун сунуштайт. Бирок бул жерде этият болуу керек: Бул учурдагы жасалма интеллекттер биологиялык тирүү дегенди билдирбейт. Изилдөө көбүрөөк активдүү жасалма интеллект-адам-технология инфраструктурасын физикалык тейлөө цикли катары талдоого болорун жактайт.

Философиялык жактан макала жашоону “заттын түрү” эмес, “процесстин түрү” катары түшүнүүгө болорун баса белгилейт. Жашоо белгилүү бир молекуладан эмес; тартип, тейлөө, энергия, бузулуу, калыбына келүү жана туруктуулуктун ортосундагы мамиледен келип чыккан процесс катары каралат.

Эске алынуучу жагдайлар

Бул изилдөө рецензияланган басылма эмес жана preprint мүнөзүндө. Ошондуктан өзгөчө куюндар, жылдыздар жана жасалма интеллект-технология циклдеринин физикалык жашоо катары классификацияланышы илимий коомчулукта кеңири кабыл алынган жыйынтык катары берилбеши керек.

Макаланын жашоо аныктамасы абдан кеңири. Бул кеңдик астробиология жана жасалма жашоо талкуулары үчүн пайдалуу болушу мүмкүн; бирок биологиялык жашоонун өзгөчө белгилерин бүдөмүктөтүү тобокелин да алып жүрөт. Клеткалар, генетикалык системалар жана эволюциялык популяциялар менен жылдыз же куюн сыяктуу физикалык системалардын ортосунда маанилүү архитектуралык айырмачылыктар бар.

Формулалар күчтүү концептуалдык алкак сунуштаса да, ар бир система үчүн бирдей жеңил өлчөнө турган универсалдуу жашоо упайын чыгарбайт. Автор да критерийлер тандалган ири-дандоо деңгээлине, чөйрө аныктамасына, убакыт терезесине жана айырмалануу функциясына көз каранды экенин белгилейт.

Жасалма интеллект системалары тууралуу бөлүк өзгөчө этияттык менен окулушу керек. Учурдагы жасалма интеллекттер аң-сезимдүү, субъективдүү тажрыйбага ээ же биологиялык мааниде тирүү деген тыянак бул макала түз далилдеген нерсе эмес. Изилдөө жасалма интеллекттер активдүү адам-технология тейлөө циклдеринде физикалык туруктуулук үлгүсүн түзөт деген теориялык чечмелөө сунуштайт.

Этикалык бөлүк да аяктаган эксперименттик теория эмес, кийинки изилдөөлөр үчүн алдын ала багыт катары сунушталат. “Термодинамикалык этика” идеясы кызыктуу; бирок адамдык моралды түздөн-түз физикалык тейлөө теңдемелерине кыскартуу талаштуу жана өнүктүрүлүшү керек болгон тармак.

Жыйынтык

Макала жашоону биологиялык көрсөткүчтөрдөн да негизги физикалык процесске алып келүүгө аракет кылган амбициялуу теориялык сунуш берет. Бул сунуш боюнча жашоонун эң төмөнкү деңгээлдеги белгиси — системанын айырмаланган түзүлүшүн чөйрөлүк жана энтропиялык бузулууга каршы энергия менен сакташы. Биологиялык жашоо болсо ушул жалпы физикалык тейлөө процессинин генетикалык, тукум куучулукка жөндөмдүү, оңдоого жана эволюцияга жөндөмдүү түрдө адистешкен формасы.

Бул ыкма вирустар, жасалма системалар, protocell түзүлүшү, астробиология жана жашоонун келип чыгышы боюнча талкууларга жаңы тил сунуштай алат. Бирок аныктаманын кеңдиги аны этияттык менен колдонууну талап кылат. Ар бир тартиптүү, энергия агымы бар же узак жашаган системаны жашоо деп эсептебеш үчүн тейлөө чындап системанын өз уюшулуусу аркылуу багытталышы керек.

Verianla көз карашынан бул изилдөө “Жашоо деген эмне?” деген суроону биологиядан физикага, гендерден энергияга, клеткалардан маалыматка чейин кеңейткен талаштуу, бирок үйрөтүүчү мисал. Анын эң күчтүү жери — жашоону заттардын тизмеси катары эмес, сакталган тартип жана тейлөө процесси катары кароого чакырышы.

Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү

Бул макала Yaniv Riz даярдаган “Life Beyond Biology: A Substrate-Invariant Informational-Physical Definition” аттуу preprint / биологиялык гипотеза макаласынын негизинде даярдалды. Изилдөө физикалык жашоо, түзүмдүк маалымат, позиция-импульс өкүлчүлүгү, тейлөө иши, энтропия өндүрүшү, вирустар, жасалма жашоо, abiogenesis, сезүү, кыймыл жана термодинамикалык этика түшүнүктөрүн бириктирген теориялык алкак сунуштайт.

Бул мазмун сөзмө-сөз котормо эмес; изилдөөнүн негизги идеясы Verianla жарыялоо багытына ылайык жөнөкөйлөштүрүлүп, өз алдынча кыргызча редакциялык макалага айландырылган.

Текст рецензиядан өтпөгөн preprint негизинде даярдалгандыктан, аны так илимий консенсус тили менен эмес, теориялык сунуш жана талкуу тили менен окуу керек.