211service.com
Varför livet är fysik, inte kemi
I vetenskapshistorien finns det många exempel på enkla förändringar i perspektiv som leder till djupgående insikter om kosmos natur. Uppfinningen av teleskopet är kanske ett exempel. En annan är insikten om att kemisk energi, termodynamisk energi, kinetisk energi och liknande alla är manifestationer av samma sak. Du kan säkert tillhandahålla dina egna favoritinstanser här.
Ett av de viktigare exemplen inom 1900-talets vetenskap är att biologi är resultatet av evolution, inte tvärtom. Förresten, om tänkande, evolution är en process, en algoritm till och med; om än en med ofattbar kraft. Utnyttja evolutionen och det är lite du inte kan uppnå.
Under de senaste åren har datavetare börjat utnyttja evolutionens fantastiska kraft. En sak som de har upplevt gång på gång är evolutionens blinda framsteg. Sätt igång en genetisk algoritm och den kommer att utforska det evolutionära landskapet och leta efter lokala minima. När den hittar en, vet man inte om det är den bästa möjliga lösningen eller om den ligger inom beröringsavstånd från en evolutionär avgrund som representerar en lösning av en helt annan storleksordning.
Det antyder möjligheten att livet som det har utvecklats på jorden bara är ett lokalt minima i ett vidsträckt landskap av evolutionära möjligheter. Om så är fallet, studerar biologer en ynkligt liten bråkdel av något större. Mycket större.
Idag får vi en viktig inblick i detta tillstånd tack vare en fascinerande artikel av Nigel Goldenfeld och Carl Woese vid University of Illinois. Goldenfeld är fysiker till utbildning medan Woese, även han fysiker, är en av de stora revolutionära figurerna inom biologi. På 1970-talet definierade han ett nytt livets rike, Archae, och utvecklade en teori om livets ursprung som kallas RNA-världshypotesen, som har vunnit mycket berömmelse eller ryktbarhet beroende på din synvinkel.
Tillsammans föreslår de att biologer måste tänka på sitt område på ett radikalt nytt sätt: som en gren av den kondenserade materiens fysik. Deras grundläggande gissningar är att livet är ett framväxande fenomen som uppstår i system som är långt ur jämvikt. Om du accepterar denna utgångspunkt, uppstår två frågor omedelbart: vilka lagar beskriver sådana system och hur ska vi komma åt dem.
Goldenfeld och Woese säger att biologers slutna sätt att tänka på detta ämne förkroppsligas av frasen: allt liv är kemi. Ingenting kan vara längre från sanningen, säger de.
De har en intressant liknelse som hjälper till att pressa deras sak: exemplet med supraledning. Det skulle vara lätt att titta på supraledning och föreställa sig att den helt kan förklaras av elektronernas egenskaper när de överförs in och ut ur de yttre atomorbitalen. Du kan gå längre och säga att supraledning är alla atomer och kemi.
Och ändå är den verkliga förklaringen mycket mer intressant och djupgående. Det visar sig att många av problemen med supraledning förklaras av en teori som beskriver sambandet mellan elektromagnetiska fält och långdistansordning. När symmetrin i detta förhållande går sönder blir resultatet supraledning.
Och det händer inte bara i material på jorden. Denna typ av symmetribrytning uppstår på andra exotiska platser som kärnorna av kvarkstjärnor. Supraledning är ett framväxande fenomen och har lite att göra med atomernas beteende. En kemist skulle bli förbluffad.
Enligt Goldenfeld och Woese är livet som supraledning. Det är ett framväxande fenomen och vi måste förstå fysikens grundläggande lagar som styr dess beteende. Följaktligen är det bara en disciplin som liknar fysiken som kan avslöja sådana lagar och biologi som den praktiseras idag faller inte i denna kategori.
Det är en modig och provocerande idé som kanske inte kommer som en fullständig överraskning för den senaste generationen biofysiker. För de andra borde det vara en uppmaning till vapen.
Vi kommer att titta på resultatet med intresse.
Ref: arxiv.org/abs/1011.4125 : Livet är fysik: Evolution som ett kollektivt fenomen långt ifrån jämvikt