Космологический принцип и загадка происхождения жизни

[OratorFree]

Аннотация
В этом топике обосновывается почему космологический принцип не применим в части распространенности жизни во Вселенной.
Рассматриваются предполагаемые механизмы зарождения жизни и на основании их рассмотрения делается вывод о чрезвычайной редкости жизни во Вселенной.

1. Космологический принцип

Современная космологическая теория базируется на следующем основном положении, называемом космологическим принципом: каждый наблюдатель в один и тот же момент времени, независимо от места и направления наблюдения обнаруживает во Вселенной одну и ту же картину. Независимость от места наблюдений, т.е. равноправие всех точек пространства, носит название однородности, независимость от направления, т.е. отсутствие выделенного направления в пространстве — изотропии Вселенной.

Уже непосредственно из космологического принципа следуют некоторые важные выводы относительно строения Вселенной. Например, Вселенная как целое не должна вращаться (поскольку ось вращения была бы выделенным направлением), у нее не должно быть центра и пространственной границы (иначе нарушалось бы условие однородности Вселенной). Вообще, главный вывод, вытекающий из космологического принципа, это безграничность Вселенной. Можно сказать, что это утверждение является определением самого понятия “Вселенная”. ( Источник )

Но данный принцип выполняется лишь приближенно. Галактики, звезды, планеты, наконец, живые существа являются отклонениями от однородности Вселенной, поскольку их существование означает, что физические условия в разных точках различны. ( см. там же )

Последнее, как правило, очень часто игнорируется и наши рассуждения при этом примерно следующие : "Вселенная изотропна и однородна и везде должны действовать одинаковые законы физики и химии. Мы здесь есть, и порождены этими законами (по крайней мере не противоречим им) следовательно мы вправе предположить, что раз там где-то такие  же законы там тоже жизнь есть и тоже и разумная." Таким образом этими рассуждениями мы одной неоднородности Вселенной приписываем свойство того, чем она не является - свойство однородности. Нас не удивляет, что нет абсолютно одинаковых Галактик - что мол взять с флуктуаций. Но интуитивно трудно отрешиться от мысли, что сам факт наличия жизни это разновидность флуктуации, которая не обязана присутствовать везде и всюду. Очень и очень трудно. Поэтому я и не надеюсь, что даже понимание того, что жизнь как раз есть не следствие космологического принципа, а наоборот отклонение от него кого-то сможет убедить, что она редкая. Нам это просто психологически не комфортно. Я бы представил этот психологический эффект, на уровне физического явления так, предположим, что какая-нибудь близкая Галактика (а может и наша), при тех же законах физики полностью, ну или на 90% состояла бы из желтых карликов, такая вот была бы аномалия. Нам тогда было бы очень трудно представить, что нигде больше нет таких Галактик, поскольку мы одну наблюдаем. А сейчас мы уверены, что таких Галактик быть не может и можем привести море доводов почему они невозможны. Такой вот психологический парадокс.

2. Пара аргументов за широкое распространение жизни и возражения на них 

2.1. Это мой собственный аргумент, когда я еще был сторонником широкого распространения жизни во Вселенной.

Я рассуждал примерно так : наблюдения история её существования показывает, что жизнь это очень устойчивая система. Она существует и в подледных океанах и в горячих источниках и в Марианской впадине и в термосфере, чуть ли не высоте 400 км. Она переживала шесть массовых вымираний, но сохранилась. Если верна гипотеза "Земли-снежка", то она пережила миллионы лет на полностью оледеневшей планете. В общем это система со сверхустойчивым равновесием, как не выпихивай её из "лунки существования" - она возвращается к исходному состоянию - "существование жизни". Стало быть, рассуждал я, раз это некая физико-химическая зона равновесия, то её появление есть просто естественный процесс скатывания физико-химических процессов в эту "лунку".
       И где-то я высказал это свой аргумент на просторах интернета. На, что мне было высказано возражение, которое я вынужден был принять, ввиду его справедливости. Возражение выглядело примерно так : "Да действительно, это жизнь устойчивая система, это некая "потенциальная яма" - попав в которую уже трудно выбраться из неё. Но "нежизнь" тоже устойчивая система и преодолеть "потенциальный барьер" между этими двумя устойчивыми состояниями очень и очень трудно". Это конечно не дословно, но смысл был такой.
Ситуация очень похожа на квантовомеханическое представление о "ложном" и "истинном" вакууме.
Только в роли "ложного вакуума" - устойчивая жизни, а "истинного" - "не жизнь".



2.2. Второй аргумент достаточно известен : "Как показывает антропологические исследования, жизнь на планете Земля появилась очень рано, практически сразу, как появились мало-мальские условия для этого. Первые признаки её существования это где-то 3,8 млрд. лет назад (графитовые отложения Исуа, Гренландия).
Ну и практически достоверно - строматолиты 3,5 млрд. лет назад. Что означает, фактически вероятность зарождения жизни, в соответствующих условиях близкую к единице."

На этот аргумент, сами того не ведая, возразили исследователи группы Сазерленда, доказавшие возможность абиогенного синтеза всего необходимого спектра "кирпичиков" для появления жизни :
Цианосульфидный протометаболизм — верный путь к земной жизни

Это процесс у них отнесен к эпохе поздней метеоритной бомбардировки :

Вот как это могло происходить.

При столкновениях углеродистое вещество метеоритов соединялось с атмосферным азотом, в результате этой высокотемпературной реакции синтезировался цианистый водород. Из метеоритного шрейберзита — железо-никелевого фосфида — при импактных высокоэнергетических событиях получались фосфаты. В присутствии воды (вот она — теплая лужа!) цианистый водород растворялся и соединялся с железом, образуя ферроцианид. Туда же смывались хлориды, растворимые соединения натрия, калия, кальция — всего того, что в достатке имела молодая Земля. Когда лужа испарялась, а она должна была испаряться из-за высокой температуры на поверхности планеты и метеоритной бомбардировки, ферроцианид нагревался и, взаимодействуя с калием, натрием, кальцием образовывал соответствующие цианиды, углерод и карбиды. Этот слой твердых солей исключительно перспективен, так как при их растворении и нагревании получается набор необходимых для «жизни» ингредиентов: цианистый водород, цианамид, ацетилен. Последний образуется при растворении карбида кальция в воде. Фосфаты и сероводород прилагаются.

Чтобы приготовлялся бульон, наша лужа должна была периодически высыхать и снова заполняться водой, периодически освещаться светом и временами погружаться в темноту. И тогда в ней сам собой мог пойти синтез сразу всех необходимых биологических молекул: нуклеотидов, аминокислот, липидов. Ученые предложили взаимосвязанную сеть реакций, и уж если старт дан, то на выходе получится весь набор. И нет нужды гадать, что было раньше — аминокислоты и белки или сахара с рибонуклеотидами. Всё было сразу. Теплая лужа — это горячий и пересыхающий водоем, заполненный синильной кислотой и сероводородом, освещенный жестким ультрафиолетом: добро пожаловать, жизнь!

   
Т.е. у жизни был только короткий период, когда она могла появиться. Тогда или никогда. Иначе "кирпичики жизни" просто рассыпались бы. А раз мы здесь, то какая бы малая вероятность появления у жизни не была, она появилась в единственно возможный для её появления момент.

3. Дьявол прячется в деталях

Есть такая особенность у нашего мышления - наша способность обобщать. Рассматривать все с высоты птичьего полёта. Оно хорошо для выдвижения научных гипотез, создания художественных образов, интуитивного постижения предметов. Но у этого способы мышления есть недостаток, такое мышление "туманное", "размытое" и в данном случае, в вопросе зарождения жизни, этот способ мышления (смыслы без подробностей) приводит к заблуждению. Мы знаем, что происхождение жизни это некий физико-химический вопрос, и предполагаем, упрощенно рассуждая, что раз жизнь появилась в результате естественных физико-химических процессов, а это так есть, то данный процесс должен воспроизводится "здесь и везде". А вот последнее как раз заблуждение. И вот почему.

То, что "кирпичики" здания жизни появляются вполне закономерно, я описывал выше (исследования группы Сазерленда). Даже более того, известны некаталитические процессы при которых могут "собираться" длинные цепочки ДНК/РНК полимеров : Тепловой поток через открытую пору способствует непрерывной репликации нуклеиновых кислот и отбору более длинных цепочек .
Но вот тут-то и начинаются особенности, которые не видны при обобщенном "размытом" мышлении, но меняют всю картину кардинально в подробностях.  А дело вот в чем - абиогенный процесс полимеризации нуклеотидов совершенно случаен. В каком порядке подгоняются к концу цепочки строящегося ДНК/РНК нуклеотиды - это результат броуновского хаотичного процесса. 
А для того, чтобы запустился процесс молекулярной эволюции, не подходит любой полимер ДНК/РНК. Нужен определенный ДНК/РНК о определенной последовательностью нуклеотидов, с "исходным кодом жизни". Какой именно не важно, это зависит от конкретной гипотезы происхождения жизни, суть в том, что не любой. Вариантов таких "нужных" последовательностей гораздо меньше, чем все генеральная совокупность вариантов сочетаний последовательности кода нуклеотидов. Эта случайность сборки и и дает низкую вероятность зарождения жизни от ~10^-20 до 10^-1000 . Для мультиверса  размером 10^1000000000000 планковских величин это, конечно много раз сбывающееся событие. А для нашей Вселенной, размером 14*10^9, это если попадет на нас, то пожалуй очень редкий, если не единственный случай на Вселенную.


4. Пути отступления от логики неизбежного одиночества.

Я как-то взялся оценить, какова вероятность зарождения жизни, в зависимости от количества попыток у Земли, и возможной доли рибозим (каталитических активных РНК) в общей генеральной совокупности всех возможных вариантов сочетаний нуклеотидов и у меня получилось, что чисто теоретически возможна вероятность зарождения жизни близкая к единице:
 


Если, например, в последовательность из 200 нуклеотидов, окажется 10^80 вариантов "дающих жизнь" рибозим.

Но здравый смысл подсказывает, что вряд ли такое возможно. А исследований в этой области (пусть компьютерным моделированием) никем не проводилось. Не говоря уже об экспериментах.

В этой теме всё.

[Пришлый]

Могу предложить философский фундамент для "мыодникерства":
возникновение живой материи - разовое событие того же порядка, как и материи вообще.
Этакий "Малый взрыв" на фоне общепринятого "Большого".

[OratorFree]

Тему завершил. Можно громить.

[OratorFree]

возникновение живой материи - разовое событие того же порядка, как и материи вообще.

В это споре без начала и конца такой аргумент не пойдет, слишком общий. Да и к тому же, мистер Пенроуз, например, полагает, что процесс БВ бесконечен. В подробности вдаваться не буду ибо и сам это плохо понимаю.

[taurus23]

А для того, чтобы запустился процесс молекулярной эволюции, не подходит любой полимер ДНК/РНК. Нужен определенный ДНК/РНК о определенной последовательностью нуклеотидов, с "исходным кодом жизни". Какой именно не важно, это зависит от конкретной гипотезы происхождения жизни, суть в том, что не любой. Вариантов таких "нужных" последовательностей гораздо меньше, чем все генеральная совокупность вариантов сочетаний последовательности кода нуклеотидов. Эта случайность сборки и и дает низкую вероятность зарождения жизни от ~10^-20 до 10^-1000 . Для мультиверса  размером 10^1000000000000 планковских величин это, конечно много раз сбывающееся событие. А для нашей Вселенной, размером 14*10^9, это если попадет на нас, то пожалуй очень редкий, если не единственный случай на Вселенную.

я вообще то,не специалист-биолог,и может буду говорить сейчас глупости..)однако имею следующие соображения,по данному поводу...1.для жизни,мало одного днк,нужна еще система,которая используя информацию днк,соберет некий,живой организм..2.днк,это вообщето,наследсвенный код организма...представить себе,днк организма,который еще не существует,несколько затруднительно..3.даже очень сложная малекула,это еще не жизнь и даже,если мы себе представим,что в силу редчайшего события,такая малекула возникла,то что ей помешало,через некоторое время развалиться?ей то,какая нафиг разница?)но нет,не распалась..наоборот,начала усложняиться и делать свои репликанты...какие же из этого следствия?1.практически невозможно представить,чтобы неживое,стало живым,в результате случайной тасовки малекул,даже в супер подходящих условиях..2.живое от неживого,отличает,некая "воля к жизни",которая и является,организующим фактором,позволяющим целеустемленно осуществить переход,от неживого ,к живому..что же это за воля?лично мне,дело представляется таким образом,что есть некие,энергетические структуры,которые организуют материю,для того,чтобы создать себе тело,подобно тому как улитка,создает себе раковину,для защиты от внешнх условий...возможно,это звучит как мистика,но считаю,что это более логично,чем самопроизвольное зарождение жизни...)

[Рок]

возникновение живой материи - разовое событие того же порядка, как и материи вообще.

Живая материя второй этап (закономерный и неизбежный) в развитии материи. Третий этап - техносфера. Мертвая материя порождает живую, живая порождает техносферу (через разум и цивилизацию). Возможно, есть и четвертый этап.

[Рок]

вероятность зарождения жизни близкая к единице

Именно так

[OratorFree]

Именно так

Мы не можем знать, какая доля в возможных сочетаниях нуклеотидов дает рибозим с каталитической активностью. Поэтому данное утверждение на сегодня безосновательно.

[OratorFree]

Живая материя второй этап (закономерный и неизбежный) в развитии материи.

Нет не закономерный и неизбежный. А случайный имеющий низкую вероятность.

[OratorFree]

2.живое от неживого,отличает,некая "воля к жизни",которая и является,организующим фактором,позволяющим целеустемленно осуществить переход,от неживого ,к живому..что же это за воля?лично мне,дело представляется таким образом,что есть некие,энергетические структуры,которые организуют материю,для того,чтобы создать себе тело,подобно тому как улитка,создает себе раковину,для защиты от внешнх условий...возможно,это звучит как мистика,но считаю,что это более логично,чем самопроизвольное зарождение жизни...)

Это именуется креационизмом, имхо.

[taurus23]

2.живое от неживого,отличает,некая "воля к жизни",которая и является,организующим фактором,позволяющим целеустемленно осуществить переход,от неживого ,к живому..что же это за воля?лично мне,дело представляется таким образом,что есть некие,энергетические структуры,которые организуют материю,для того,чтобы создать себе тело,подобно тому как улитка,создает себе раковину,для защиты от внешнх условий...возможно,это звучит как мистика,но считаю,что это более логично,чем самопроизвольное зарождение жизни...)

Это именуется креационизмом, имхо.

есть варианты получше?)

[OratorFree]

есть варианты получше?)

Если вы склонны к мистицизму ( я не склонен) вас любой другой ответ не устроит.

Меня устраивает же ответ "Мы не знаем".
Дело в том, с научной точки зрения это задача не вполне научная (по крайней мере на сегодня). Здесь проблемы с верификацией (экспериментальной проверкой или наблюдением). 

Самая же известная на сегодня гипотеза происхождения жизни это гипотеза РНК-мира. Ввиду того, что РНК способно и нести код и является проявляет каталитическую активность. Если был мир самореплицирующихся РНК. Это и было начало. Наличие саморепликации подразумевает уже начало эволюции по схеме мутация -> полезная функция/вредная функция -> выживание приспособленных/вымирание -> закрепление полезного признака. Этим признак могла быть например способность активировать аминокислоты и синтезировать белки, которые образовывали бы для саморепликанта РНК оболочку в периоды пересыхания "луж жизни" (УФ разрушает и ДНК и РНК, а ранней Земле его было в избытке), например. Это уже подобие вируса, но живущего не внутри клетки, а в проточных тепловых потоках первичного "бульона" земли.  Но это уже не заявленная мною тема - заявленная тема старт эволюции, а не моделирование её первых шагов.   

[Рок]

Нет не закономерный и неизбежный. А случайный имеющий низкую вероятность.

Безосновательное утверждение.

[OratorFree]

Безосновательное утверждение.

То, что "кирпичики" здания жизни появляются вполне закономерно, я описывал выше (исследования группы Сазерленда). Даже более того, известны некаталитические процессы при которых могут "собираться" длинные цепочки ДНК/РНК полимеров : Тепловой поток через открытую пору способствует непрерывной репликации нуклеиновых кислот и отбору более длинных цепочек .
Но вот тут-то и начинаются особенности, которые не видны при обобщенном "размытом" мышлении, но меняют всю картину кардинально в подробностях.  А дело вот в чем - абиогенный процесс полимеризации нуклеотидов совершенно случаен. В каком порядке подгоняются к концу цепочки строящегося ДНК/РНК нуклеотиды - это результат броуновского хаотичного процесса.
А для того, чтобы запустился процесс молекулярной эволюции, не подходит любой полимер ДНК/РНК. Нужен определенный ДНК/РНК о определенной последовательностью нуклеотидов, с "исходным кодом жизни". Какой именно не важно, это зависит от конкретной гипотезы происхождения жизни, суть в том, что не любой. Вариантов таких "нужных" последовательностей гораздо меньше, чем все генеральная совокупность вариантов сочетаний последовательности кода нуклеотидов. Эта случайность сборки и и дает низкую вероятность зарождения жизни от ~10^-20 до 10^-1000 .

[Рок]

абиогенный процесс полимеризации нуклеотидов совершенно случаен. В каком порядке подгоняются к концу цепочки строящегося ДНК/РНК нуклеотиды - это результат броуновского хаотичного процесса.

Верно

А для того, чтобы запустился процесс молекулярной эволюции, не подходит любой полимер ДНК/РНК. Нужен определенный ДНК/РНК о определенной последовательностью нуклеотидов, с "исходным кодом жизни". Какой именно не важно, это зависит от конкретной гипотезы происхождения жизни, суть в том, что не любой. Вариантов таких "нужных" последовательностей гораздо меньше, чем все генеральная совокупность вариантов сочетаний последовательности кода нуклеотидов.

Основой жизни может быть не обязательно ДНК/РНК. Вы знаете о ксенонуклииновых кислотах? Вариантов может быть бесконечное множество, все зависит от случайностей.

[Рок]

Эта случайность сборки и и дает низкую вероятность зарождения жизни от ~10^-20 до 10^-1000 .

Нет, она дает не низкую вероятность (вероятность всегда близка к единице), а огромное разнообразие "основ жизни". По этому можно сделать следующие  выводы: 1) Жизнь есть везде, где позволяют условия и 2) Жизнь в каждом мире имеет уникальную основу

[OratorFree]

Нет, она дает не низкую вероятность (вероятность всегда близка к единице), а огромное разнообразие "основ жизни". По этому можно сделать следующие  выводы: 1) Жизнь есть везде, где позволяют условия и 2) Жизнь в каждом мире имеет уникальную основу

Что-то не в порядке у вас с пониманием текста.

[Рок]

Ваша ошибка вот в этом постулате:

Вариантов таких "нужных" последовательностей гораздо меньше, чем все генеральная совокупность вариантов сочетаний последовательности кода нуклеотидов.

[taurus23]

заявленная тема старт эволюции, а не моделирование её первых шагов.   

Если вы склонны к мистицизму ( я не склонен) вас любой другой ответ не устроит.

дело не в склонности к мистицизму...меня устроит ответ,который будет убедителен...или ,хотя бы,не будет вступать,в противоречие,с зравым смыслом..)

[Пришлый]

мистер Пенроуз, например, полагает, что процесс БВ бесконечен. В подробности вдаваться не буду ибо и сам это плохо понимаю.

"Здесь он произошел не сейчас, а сейчас он происходит не здесь" - неплохая гипотеза, но не от этой темы. Наверное, что-то типа неё излагает Афон+ в "Горизонтах" про анизотропную кривизну.

В это споре без начала и конца такой аргумент не пойдет, слишком общий.

Да это и не аргумент в общем-то, а бездоказательно предложенная концепция. Постулат.
"Если Жизнь возникла в результате МВ, то..."
"То", кстати, тоже остаются два варианта - мы в эпицентре или мы там, где прошла взрывная волна панспермии. Но наблюдаемая картина пока говорит в пользу первого.

Нет не закономерный и неизбежный. А случайный имеющий низкую вероятность.

Хорошо, а у Большого Взрыва какова была вероятность?

Вариантов таких "нужных" последовательностей гораздо меньше, чем все генеральная совокупность вариантов сочетаний последовательности кода нуклеотидов. Эта случайность сборки и и дает низкую вероятность зарождения жизни от ~10^-20 до 10^-1000 .

При таком разбросе проще честно сказать: не знаем, определить не можем, считайте плюс-минус парсек от весьма высокой до исчезающе маленькой.

А дело вот в чем - абиогенный процесс полимеризации нуклеотидов совершенно случаен. В каком порядке подгоняются к концу цепочки строящегося ДНК/РНК нуклеотиды - это результат броуновского хаотичного процесса.

А давайте не поленимся и подсчитаем: какова вероятность сложить осмысленное слово из трех букв (триплет) при четырехбуквенном алфавите.