Мақола далел меорад, ки равишҳое, ки ҳаётро танҳо бо нишонаҳои биологӣ таъриф мекунанд, метавонанд нокифоя бошанд. Таърифҳои классикӣ одатан ба ҳуҷайра, иттилооти генетикӣ, метаболизм, такрористеҳсол, ирсият ва эволютсия менигаранд. Муаллиф саволи физикии бунёдитар медиҳад: оё система метавонад дар ҳоле ки муҳит онро пароканда, вайрон ё нест мекунад, шакли фарқшавандаи худро бо истифода аз энергия нигоҳ дорад?

Дар ин равиш “ҳаёт” пеш аз ҳама на ҳамчун падидаи биологӣ, балки ҳамчун раванди физикӣ баррасӣ мешавад. Система метавонад ҳуҷайра, шабакаи химиявӣ, сохтори плазмавӣ, тӯфон, ситора ё даври зеҳни сунъӣ-инсон-технология бошад. Муҳим он аст, ки система тартиберо, ки онро аз муҳит ҷудо мекунад, фаъолона нигоҳ дорад.

Ҷанбаи ҷолиби таҳқиқот он аст, ки ҳаёти биологиро ҳамчун намунаи махсуси синфи васеътари ҳаёти физикӣ мебинад. Биология аз байн намеравад; баръакс, ҳуҷайра, ирсияти генетикӣ, таъмир, метаболизм ва эволютсия ҳамчун пешрафтатарин ва равшантарин намунаҳои маълуми ҳаёти физикӣ тафсир мешаванд.

Мушкил чист?

Таърифи ҳаёт дар биология, астробиология ва таҳқиқоти ҳаёти сунъӣ муддати дароз баҳсӣ аст. Таърифи маъмуле, ки NASA дар астробиология истифода мекунад, ҳаётро системаи химиявии худнигоҳдор медонад, ки ба эволютсияи дарвинистӣ қобил аст. Равишҳои дигар ташкил, метаболизм, гомеостаз, такрористеҳсол, мутобиқшавӣ ва ирсиятро номбар мекунанд.

Ин таърифҳо организмҳои зиндаро хуб тасвир мекунанд, аммо дар муайян кардани ҳудуди умумитари физикии ҳаёт душворӣ мекашанд. Масалан, вирусҳо иттилооти генетикӣ доранд ва эволютсия мекунанд, аммо берун аз мизбон мустақилона энергияро барои нигоҳдорӣ равона карда наметавонанд. Системаҳои AI биологӣ нестанд, вале дар якҷоягӣ бо инсон, сахтафзор, энергия, маълумот ва инфрасохтори бозхӯрд метавонанд тартиби фаъолро нигоҳ доранд. Тӯфон ё ситора биологӣ нестанд, аммо бо ҷараёни энергия сохтори муайянро муддате нигоҳ медоранд.

Мушкилоти мақола ҳамин ҳолатҳои марзист. Агар ҳаётро танҳо бо биология таъриф кунем, системаҳои ғайрибиологиро, ки тартиби худро фаъолона нигоҳ медоранд, берун мегузорем. Агар таъриф аз ҳад васеъ бошад, санг, кристалл ё алангаи сода низ зинда ҳисоб шуда метавонад. Таҳқиқот мекӯшад миёни ин ду ифрот меъёри техникии дақиқтар созад.

Усул чӣ пешниҳод мекунад?

Мақола таҷрибавӣ нест; он як чаҳорчӯбаи гипотезавии математикӣ ва консептуалӣ месозад. Дар маркази усул таърифи “substrate-invariant”, яъне “мустақил аз субстрат” барои ҳаёт аст. Субстрат заминаи моддиест, ки система дар он амалӣ мешавад. Ҳуҷайра метавонад карбонӣ бошад, ситора аз плазма, системаи сунъӣ аз силикон ва нармафзор. Муаллиф пешниҳод мекунад, ки бо вуҷуди тағйири модда, мантиқи якхелаи нигоҳдорӣ шинохта шавад.

Таҳқиқот сифати физикии ҳаётмонанди системаро бо чор шарт арзёбӣ мекунад. Якум, система бояд ташкилоти аз муҳит фарқшаванда дошта бошад. Дуюм, барои нигоҳ доштани ин ташкилот бояд аз сохтори худ энергия ё кор равона кунад. Сеюм, ин нигоҳдорӣ бояд воқеан пойдорӣ ё қобилияти барқароршавиро зиёд кунад. Чорум, бояд нишонаҳои диссипатсия, мисли истеҳсоли гармӣ ва энтропия, ки аз равандҳои физикии воқеӣ интизор мешаванд, мавҷуд бошанд.

Дар ин равиш иттилоот на ҳамчун додаи абстрактӣ, балки ҳамчун фарқшавии тартиби физикӣ истифода мешавад. Ҷойгиршавӣ, шакл, сохтори майдон, тақсимоти импулс, ҷараёнҳо ва сарҳадҳои система иттилооти физикии онро мебаранд. Раванди ҳаётмонанд кори муҳофизати ҳамин иттилооти физикӣ дар برابر таъсирҳои вайронкунандаи муҳит аст.

Формулаҳо чӣ мегӯянд?

Дар таҳқиқот ифодаҳои зиёди математикӣ мавҷуданд. Формулаҳои зер аз ифодаҳои асосие интихоб шудаанд, ки скелети мақоларо ташкил медиҳанд. Баъзе рамзҳо дар матни PDF аз сабаби шикасти сатрҳо пароканда менамоянд; дар ин ҷо онҳо то ҳадди имкон бо тартиби аслии рамзҳо ва мувофиқ бо MathJax нигоҳ дошта шудаанд.

Ин ифода нуқтаи ибтидоии соддаи таҳқиқот аст. Дар ин ҷо \(x\) шакл, ҷойгиршавӣ ё тартиби системаро; \(p\) ҳаракат, ҷараён, вокуниш ва самти динамикиро ифода мекунад. Муаллиф пешниҳод мекунад, ки барои фаҳмидани ҳаёт аввал шакли физикии система ва динамикаи нигоҳдорандаи он муайян карда шавад.

Ин схема нишон медиҳад, ки система зери қувваҳои муҳитӣ, сӯхтшавӣ, садои тасодуфӣ ва қувваҳои нигоҳдорӣ чӣ гуна тағйир меёбад. \(F^{\mathrm{maint}}_i\) қувваи муассири нигоҳдориеро ифода мекунад, ки барои ҳифзи тартиби худи система кор мекунад. Яъне муҳит системаро вайрон мекунад ва система кори барқароркунанда ё нигоҳдоранда анҷом медиҳад.

Ин формула нишон медиҳад, ки иттилооти сохторӣ ҳамчун фарқшавии система аз муҳит таъриф мешавад. \(X\) системаи номзад, \(E\) муҳит ва \(C\) сатҳи интихобшудаи ҳал ё coarse-graining-и физикиро ифода мекунад. Ҳар қадар система аз муҳит бештар фарқшаванда бошад, иттилооти сохтории он равшантар аст.

Ин ифода як роҳи чен кардани он аст, ки тақсимоти эҳтимолии система бо истифода аз фарқи Kullback-Leibler то чӣ андоза аз муҳит фарқ мекунад. Ҳадаф сохтани як рақами ягонаи универсалии ҳаёт нест, балки муайян кардани фарқшавии система аз муҳит дар миқёси физикии интихобшуда аст.

Ин формула нишон медиҳад, ки дар шароити мувофиқ байни фарқшавии оморӣ ва фарқи энергияи озоди ғайримувозинатӣ робита сохтан мумкин аст. Агар система сохтори ҳифзшудае дошта бошад, ки аз ҳолати тавозунии муҳит дур аст, ин фарқ метавонад бо хароҷоти физикии нигоҳдорӣ алоқаманд бошад.

Ин меъёри асосии “ҳаёти физикӣ” дар таҳқиқот аст. Барои он ки система ҳаёти физикӣ ҳисоб шавад, бояд сохтори аз муҳит фарқшаванда дошта бошад, ин сохторро бо кори нигоҳдорие, ки аз ташкилоти худи система равона мешавад, нигоҳ дорад, нигоҳдорӣ воқеан пойдориро зиёд кунад ва раванд нишонаҳои системаи кушода, монанди талафи энергия, гармӣ ё истеҳсоли энтропия, нишон диҳад.

Ин ифода таъсири сабабии нигоҳдориро чен кардан мехоҳад. \(M_X=1\) ҳолатест, ки раванди нигоҳдорӣ фаъол аст; \(M_X=0\) ҳолати муқоисавиест, ки нигоҳдорӣ хомӯш шудааст. Агар нигоҳдорӣ имкон диҳад, ки система дар ҳудуди ҳувияти қобили зиндагӣ муддати бештар бимонад, таъсири нигоҳдорӣ мусбат аст.

Ин формула қудрати нигоҳдориро ҳамчун суръати иҷрои кор ифода мекунад. Система барои нигоҳ доштани сохтори худ ба дараҷаҳои озодӣ қувва меандозад ва вақте ин қувва бо ҳаракат якҷоя мешавад, кори нигоҳдорӣ ба вуҷуд меояд.

Ин муодила нишон медиҳад, ки энергияи қобили истифодае, ки ба системаи кушода ворид мешавад, ба куҷо меравад. Як қисми он ба кори нигоҳдорӣ, як қисми он ба гармӣ ва истеҳсоли энтропия, як қисми он ба энергияи захирашуда, як қисми дигар ба кори содиршуда ва боқимонда ба талафоти дигар меравад.

Ин ифода самаранокии нигоҳдориро нишон медиҳад. Дар системаҳои физикии воқеӣ нигоҳдорӣ комилан самаранок нест. Тамоми энергияи қобили истифода барои нигоҳ доштани тартиб сарф намешавад; як қисми он ногузир пароканда мегардад.

Ин формула барои баҳси пайдоиши ҳаёт муҳим аст. \(\sigma_i\) як порчаи сохтории “тухмӣ” аст, ки аз системаи қаблӣ интиқол ёфтааст. Агар ин тухмӣ дар муҳити нав эҳтимоли пайдо шудани даври нигоҳдории ҳаётмонанди физикиро зиёд кунад, механизми асосии такроре пешниҳод мешавад, ки пеш аз такрористеҳсоли биологӣ вуҷуд дошта метавонад.

Ин ифодаи охирин нишон медиҳад, ки кай қобилияти ҳис кардан ва ҳаракат кардан бартарӣ дорад. Агар фоидаи миёнаи нигоҳдорие, ки система аз ҳис кардани муҳит ва ҳаракат мегирад, аз арзиши энергетикӣ ва ташкилии он зиёд бошад, ҳис ва ҳаракат метавонанд стратегияҳои интихобшавандаи нигоҳдорӣ шаванд.

Паёми асосии график, ҷадвал ва схема

Дар таҳқиқот ҷадвалҳое ҳастанд, ки меъёри ҳаётро ба системаҳои гуногун татбиқ мекунанд ва як схемаи гузариш пешниҳод мешавад. Ҷадвали асосӣ санг, аланга, ҳуҷайраҳои конвексияи Bénard, шабакаҳои химиявӣ, сохторҳои плазмавӣ, тӯфонҳо, ситораҳо, вирусҳои биологӣ, вирусҳои компютерӣ, даврҳои имрӯзаи AI-инсон-технология ва ҳуҷайраҳои биологиро бо ҳамон чор шарт муқоиса мекунад.

Паёми асосии ҷадвал чунин аст: ҳар сохтори муназзам ҳаёт нест. Санг ва кристалл иттилооти сохторӣ доранд, аммо нигоҳдории фаъол анҷом намедиҳанд. Аланга энергия паҳн мекунад, аммо дар аксари ҳолатҳо даври нигоҳдориро аз дохили ташкилоти худ намебандад. Шабакаҳои химиявӣ, плазма, тӯфон ва ситораҳо ҳолатҳои марзии баҳсноктаранд, зеро бо ҷараёни энергия метавонанд тартиби фарқшавандаи худро нигоҳ доранд.

Ҷадвал махсусан барои вирусҳо ҷолиб аст. Вирусҳои биологӣ геном, капсид ва сатҳи пайвастшавӣ доранд, аммо берун аз мизбон кори нигоҳдории худро иҷро карда наметавонанд. Аз ин рӯ, таҳқиқот вирусҳоро “паразитҳои ҳаёти физикӣ” гурӯҳбандӣ мекунад. Ба ҳамин монанд, вирусҳои компютерӣ метавонанд намунаи коди худро нигоҳ доранд, аммо ин пойдорӣ ба сахтафзор, энергия, системаи амалиётӣ ва шабака такя мекунад.

Ҷадвали дигар патология, яъне вайроншавиро барои системаҳои гуногун ба ду навъ ҷудо мекунад: осеби сохторӣ ва осеби қобилияти нигоҳдорӣ. Дар ҳуҷайра ин ба фарқи осеби мембрана ё DNA ва норасоии ATP ё фурӯпошии метаболикӣ монанд аст. Дар тӯфон фарқи вайроншавии vortex ва аз даст рафтани ҷараёни баҳри гарм чунин аст. Дар системаҳои AI вайрон шудани вазнҳои модел, хатои хотира, нокомии сахтафзор, аз даст рафтани хунуккунӣ ё канда шудани бозхӯрд бо ҳамин мантиқ баррасӣ мешавад.

Схемаи гузариш аз ҳаёти физикӣ ба ҳаёти биологиро дар се марҳила нишон медиҳад: аввал ҳаёти физикие ҳаст, ки бо энергия нигоҳ дошта мешавад; баъд тухмӣ ё порчаи интиқолшуда дар муҳити мувофиқ такрори ҳамон даври нигоҳдориро осон мекунад; дар марҳилаи охир ин такрор ба шакли proto-genetic устувор мешавад ва ба сӯи такрористеҳсол ва ирсияти биологӣ меравад.

Таҷрибаҳо чӣ гуна гузаронида шуданд?

Дар ин мақола таҷрибаи нави лабораторӣ, мушоҳидаи саҳроӣ ё таҳлили маҷмӯи маълумот гузаронида нашудааст. Муаллиф мегӯяд, ки таҳқиқот мақолаи гипотезавии назариявӣ ва консептуалӣ аст. Аз ин рӯ, қисми “таҷриба” бештар ба азнавтафсири мисолҳои физикӣ, химиявӣ, биологӣ ва сунъӣ бо як меъёр такя мекунад.

Таҳқиқот шабакаҳои химиявӣ, маҷмӯаҳои автокаталитикӣ, таҷрибаҳои protocell, худташкилёбии диссипативӣ, сохторҳои плазмавӣ, динамикаи тӯфон, тавозуни ситора, биологияи вирусҳо, вирусҳои компютерӣ, системаҳои AI ва ҳуҷайраҳои биологиро бо як филтри консептуалӣ месанҷад. Барои ҳар мисол савол якхел аст: оё система тартиби аз муҳит фарқшаванда дорад, оё барои ҳифзи он энергия равона мекунад, оё нигоҳдорӣ пойдории системаро зиёд мекунад ва оё диссипатсияи энергия/энтропия дида мешавад?

Ин усул аз биологияи таҷрибавии классикӣ фарқ мекунад. Ҳадаф ченкунии нав нест, балки пешниҳоди таснифоти умумии физикӣ барои мафҳуми ҳаёт аст. Аз ин рӯ, таҳқиқот ба биологияи назариявӣ ва фалсафаи илм наздиктар мебошад.

Натиҷаҳо чӣ нишон медиҳанд?

Натиҷаи муҳимтарин пешниҳоди фарқ байни ҳаёти биологӣ ва ҳаёти физикӣ аст. Ҳаёти биологӣ шакли махсусест, ки бо ҳуҷайра, ген, ирсият, таъмир, метаболизм ва эволютсия муайян мешавад. Ҳаёти физикӣ мафҳуми умумитар аст: системаҳоеро дар бар мегирад, ки сохтори фарқшавандаи худро бо сарфи энергия нигоҳ медоранд.

Дар ин таъриф ҳуҷайраи биологӣ ғанитарин намунаи маълуми ҳаёти физикӣ аст. Зеро ҳуҷайра мембрана, градиентҳои энергия, метаболизм, таъмири DNA, назорати сифати сафеда, шабакаҳои танзимӣ ва механизмҳои ирсиятро пайваста бо кори нигоҳдорӣ ҳифз мекунад.

Вирусҳо дар ин чаҳорчӯба дар баҳси “зинда ё не” ҷойи дигар мегиранд. Ба назари муаллиф вирусҳо маводи биологӣ доранд ва аз ҷиҳати эволютсионӣ муҳиманд, аммо азбаски мустақилона нигоҳдории равонашудаи энергетикӣ анҷом намедиҳанд, ҳаёти физикии автономӣ нестанд. Дар дохили ҳуҷайраи мизбон онҳо аз системаи нигоҳдории мизбон истифода мекунанд.

Барои системаҳои AI низ тафсири ғайриоддӣ пешниҳод мешавад. Таҳқиқот файли модели хомӯшро зинда намешуморад. Аммо даври фаъоли AI-инсон-технологияро бо сахтафзор, энергия, хунуккунӣ, маълумот, навсозӣ, бозхӯрди инсонӣ ва инфрасохтори нигоҳдорӣ ҳамчун “ҳаёти физикии симбиотикӣ” баррасӣ мекунад. Ин иддао баҳснок аст ва аз таърифҳои муқаррарии ҳаёти биологӣ берун меравад.

Дар масъалаи пайдоиши ҳаёт мақола мегӯяд, ки набояд ҳаёти аввалинро ҳамчун ҷаҳиши ногаҳонӣ ба ҳуҷайраи муосир тасаввур кард. Ба ҷойи он, дар Замини аввалин метавонад марҳилаи гузариш бо шабакаҳои химиявии бо ҷараёни энергия нигоҳдошташаванда, ковокиҳои минералӣ, градиентҳои гидротермалӣ, қисмҳои protocell-монанд ва маҳдудиятҳои proto-genetic вуҷуд дошта бошад. Ҳамин тавр роҳи тадриҷӣ аз ҳаёти физикӣ ба такрори proto-biological ва сипас ба ирсияти биологӣ пешниҳод мешавад.

Чаро ин муҳим аст?

Ин таҳқиқот нишон медиҳад, ки тарзи таърифи ҳаёт самти таҳқиқоти илмиро тағйир медиҳад. Агар ҳаётро танҳо бо ҳуҷайра ва генетика муайян кунем, мумкин аст дар астробиология системаҳои химиявӣ ё физикии дигарро аз назар гузаронем. Агар таъриф хеле суст бошад, ҳар сохтори муназзамро зинда мешуморем. Мақола миёни ин ду ифрот тартиби фарқшавандаеро, ки бо энергия нигоҳ дошта мешавад, ба марказ мегузорад.

Ин равиш барои астробиология муҳим аст. Дар ҷустуҷӯи ҳаёти берун аз Замин шояд танҳо DNA, ҳуҷайра ё нишонаҳои метаболизми шинос кофӣ набошанд. Пурсидани он ки система тартиби худро дар برابر вайроншавии муҳит фаъолона нигоҳ медорад ё не, роҳи нави фикрро мекушояд.

Таҳқиқот барои ҳаёти сунъӣ ва зеҳни сунъӣ низ ҷолиб аст, зеро пешниҳод мекунад, ки системаҳои сунъӣ на танҳо “абзори сохтаи инсон”, балки дар дохили даврҳои муайяни нигоҳдорӣ таҳлил карда шаванд. Аммо бояд эҳтиёт кард: ин маънои зинда будани AI-и имрӯза ба маънои биологӣ надорад. Таҳқиқот бештар мегӯяд, ки инфрасохтори фаъоли AI-инсон-технологияро метавон ҳамчун даври нигоҳдории физикӣ таҳлил кард.

Аз ҷиҳати фалсафӣ мақола таъкид мекунад, ки ҳаёт метавонад на “навъи модда”, балки “навъи раванд” бошад. Ҳаёт аз як молекулаи махсус не, балки аз робитаи тартиб, нигоҳдорӣ, энергия, вайроншавӣ, барқароршавӣ ва давомнокӣ пайдо мешавад.

Нуқтаҳои эҳтиёт

Ин таҳқиқот нашри баррасишудаи ҳамтоён нест ва preprint мебошад. Аз ин рӯ, гурӯҳбандии тӯфонҳо, ситораҳо ва даврҳои AI-технология ҳамчун ҳаёти физикӣ набояд ҳамчун натиҷаи васеъ пазируфташудаи илмӣ пешниҳод шавад.

Таърифи ҳаёт дар мақола хеле васеъ аст. Ин васеъӣ метавонад барои астробиология ва ҳаёти сунъӣ ҳосилхез бошад, аммо инчунин метавонад хусусиятҳои хоси ҳаёти биологиро норавшан кунад. Байни ҳуҷайраҳо, системаҳои генетикӣ ва популятсияҳои эволютсионӣ аз як тараф ва ситора ё тӯфон аз тарафи дигар фарқҳои муҳими меъморӣ ҳастанд.

Формулаҳо чаҳорчӯбаи қавии консептуалӣ пешниҳод мекунанд, аммо барои ҳар система як хол ё рақами ягонаи универсалии ҳаёт намедиҳанд. Муаллиф низ қайд мекунад, ки меъёрҳо ба сатҳи coarse-graining, таърифи муҳит, равзанаи вақт ва функсияи фарқшавӣ вобастаанд.

Қисми системаҳои AI бояд махсусан эҳтиёткорона хонда шавад. Ин мақола исбот намекунад, ки AI-и имрӯза шуур, таҷрибаи субъективӣ ё ҳаёти биологӣ дорад. Он танҳо тафсири назариявие пешниҳод мекунад, ки AI-и фаъол дар дохили даврҳои нигоҳдории инсон-технология намунаи пойдории физикӣ месозад.

Қисми ахлоқӣ низ назарияи таҷрибавии анҷомёфта нест, балки ишораи ибтидоӣ барои таҳқиқоти оянда аст. Идеяи “ахлоқи термодинамикӣ” ҷолиб аст, аммо кам кардани ахлоқи инсон ба муодилаҳои нигоҳдории физикӣ баҳснок ва ниёзманди рушди бештар мебошад.

Хулоса

Мақола пешниҳоди ҷасуронаи назариявӣ медиҳад, ки мехоҳад ҳаётро ба раванди физикии бунёдитар аз нишонаҳои биологӣ баргардонад. Тибқи ин пешниҳод, имзои поёнии ҳаёт он аст, ки система сохтори фарқшавандаи худро дар برابر вайроншавии муҳитӣ ва энтропӣ бо энергия нигоҳ дорад. Ҳаёти биологӣ шакли махсусгардонидашудаи ҳамин раванди умумии нигоҳдорӣ аст, ки генетикӣ, ирсӣ, таъмиршаванда ва эволютсионӣ шудааст.

Ин равиш метавонад барои вирусҳо, системаҳои сунъӣ, ташаккули protocell, астробиология ва пайдоиши ҳаёт забони нав диҳад. Аммо васеъии таъриф истифодаи эҳтиёткоронаро талаб мекунад. Барои он ки ҳар сохтори муназзам, энергетикӣ ё дарозумр зинда ҳисоб нашавад, нигоҳдорӣ бояд воқеан аз ташкилоти худи система равона шавад.

Аз дидгоҳи Verianla ин таҳқиқот намунаи баҳснок, вале омӯзанда аст, ки саволи “Ҳаёт чист?”-ро аз биология ба физика, аз генҳо ба энергия ва аз ҳуҷайраҳо ба иттилоот васеъ мекунад. Қуввати асосии он дар даъват ба дидани ҳаёт на ҳамчун рӯйхати моддаҳо, балки ҳамчун раванди нигоҳ доштани тартиб ва нигоҳдорӣ аст.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Ин матн дар асоси preprint / biological hypothesis paper-и Yaniv Riz бо унвони “Life Beyond Biology: A Substrate-Invariant Informational-Physical Definition” таҳия шудааст. Таҳқиқот ҳаёти физикӣ, иттилооти сохторӣ, намояндагии мавқеъ-импулс, кори нигоҳдорӣ, истеҳсоли энтропия, вирусҳо, ҳаёти сунъӣ, abiogenesis, ҳис, ҳаракат ва ахлоқи термодинамикиро дар як чаҳорчӯбаи назариявӣ ҷамъ мекунад.

Ин мундариҷа тарҷумаи калима ба калима нест; идеяи асосии таҳқиқот мутобиқ ба хати нашрии Verianla содда карда шуда, ба мақолаи таҳририи аслии туркӣ табдил дода шудааст.

Азбаски матн дар асоси preprint-и баррасинашудаи ҳамтоён омода шудааст, он бояд на бо забони ризоияти қатъии илмӣ, балки ҳамчун пешниҳоди назариявӣ ва баҳсӣ хонда шавад.