Клуб друзей и читателей Розы мира (2007-2011)

Andrew

Жизнь не возникала на Земле долгое время, свыше 1 млрд. лет. Появление первых одноклеточных организмов наукой не обьяснено и по сей день. Считается, что в первородном океане каким-то чудом возникла первая РНК (или ДНК) – простейшие органические молекулы способные к самовоспроизводству. Но эти молекулы состоят из миллионов атомов – вероятность того что столь сложная система возникнет сама собой обратно пропорциональна экспоненте от числа элементов, ее составляющих. Не случайно в ходу образное сравнение, что появление первой РНК столь же вероятно, как если бы торнадо, промчавшееся по свалке, собрало из мусора новый Мерседес-бенц. Миллиарды лет не могут одолеть этот экспоненциальный закон – вероятность появления первой РНК столь мала, что и триллионы лет ожидания тут не помогли бы. Не случайно, кстати, что эксперименты в лабораториях, даже в специально подобранных благоприятных условиях, ни разу не смогли получить аналог РНК из органического «бульона».

Как же тогда обьяснить появление жизни, не прибегая к религии? Выход из трудностей лежит в квантовой механике. Одно из непривычных для нас свойств квантовых частиц (фотонов, электронов, протонов и т.п.) состоит в том, что они могут находиться в нескольких состояниях, или местах, одновременно. Отдельный фотон – частица света – может лететь сразу по нескольким траекториям, ведя себя уже не как частица, а как волна. Физики показали что один атом бериллия может одновременно находиться в двух местах! Еще более удивителен эксперимент, в ходе которого молекула C60 (шестьдесят атомов углерода) как бы раздваивалась и пролетала через двойную щель, создавая на экране интерференционную картину.

Молекулы РНК и ДНК – носители информации у всех живых существ - принадлежат микромиру, где действуют квантовые эффекты. Как же квантовая механика позволяет обьяснить крайне маловероятное возникновение первой РНК? Как раз используя способность квантовых частиц пребывать во множестве состояний/мест одновременно. При определенных условиях тысячи ингредиентов органического бульона – простейшие органические молекулы - могли находиться в квантовой «мультивселенной», где они принимали всевозможные конфигурации сразу. Число этих конфигураций огромно и растет экспоненциально вместе с числом составляющих их молекул. Один экспоненциальный закон – способность квантовой системы исследовать всевозможные состояния, смог преодолеть другой – экспоненциально низкую вероятность случайного возникновения первой РНК.

Каким же образом из всего множества виртуальных конфигураций в наш мир вернулась именно прото-РНК? Из квантовой механики известно, что измерение квантовой частицы заставляет ее покинуть квантовую «мультивселенную» и принять одно из возможных состояний (это называется квантовым коллапсом). Например, в вышеупомянутом эксперименте с атомом бериллия, физики, пытаясь определить его местонахождение, в ходе измерения вынуждают атом принять одно из положений (в точке A либо точке Б).
Особенностью РНК, а также ее прекурсоров, является более активное взаимодействие с внешней средой. Сама РНК вступает в реакции с внешним миром в ходе собственного копирования, а составляющие ее нуклеотиды и нуклеотидные цепочки должны быть активны во взаимодействии с внешним миром, чтобы обеспечить рост РНК.

Но каждое такое взаимодействие является ни чем иным как измерением квантовой системы, в ходе которого она «коллапсирует» из квантового состояния в классическое. Таким образом, процесс строительства РНК можно схематично описать следующей последовательностью:
1. Пребывание строящейся цепочки РНК в квантовой «мультиверсности», во множестве состояний.
2. Наиболее активное из этих состояний вступает во взаимодействие с внешней средой, происходит химическая реакция-измерение, которая возвращает систему в классическое состояние.
3. Система вновь уходит в квантовую мультиверсность и все повторяется сначала.

Описанное выше называется «обратным эффектом Зенона» - суть которого в том, что путь от первичного органического бульона к конечной молекуле РНК сопровождается непрерывной цепью измерений квантовой системы вдоль этого пути. Такая цепь измерений вдоль пути экспоненциально повышает вероятность прихода квантовой системы к конечному состоянию РНК, т.е. появлению первой живой молекулы.
Так и началась жизнь.

Привлечение квантовой механики к проблеме возникновения жизни – относительно новый подход, который пока еще находится на обочине науки. До этого возникновение жизни приписывалось исключительному везению, либо же доброй помощи инопланетян. Если квантовая механика сыграла роль в возникновении жизни, то не меньший вклад она должна была внести и в ее дальнейшую эволюцию.

Gior · Добавлено: Пт Мар 20, 2009 5:55 pm

Хм. Это выглядит как попытка подогнать теорию под результат. Нередкая практика когда надо получить грант, но к объективности как-то не располагающая.

Andrew · Добавлено: Пн Мар 23, 2009 10:24 pm

Ну не вся ДНК/РНК ведет себя квантово (для этого она слишком большая), а ее отдельные звенья.

Gior · Добавлено: Вт Мар 24, 2009 11:35 am

Вот не получится так - это одни объект. Волновая функция молекулы (не только ДНК - вообще) - это не просто сумма функций составных частей.

Andrew · Добавлено: Чт Мар 26, 2009 5:53 pm

Вот не получится так - это одни объект. Волновая функция молекулы (не только ДНК - вообще) - это не просто сумма функций составных частей.

Gior · Добавлено: Чт Мар 26, 2009 6:04 pm

Прочитал статью и остался в недоумении - не могу же серьезные ученые не знать, что фотосинтез принципиально квантовый процесс... Ну совершенно очевидная вещь. Видимо опять журналист пересказал как-то криво.

Andrew · Добавлено: Чт Мар 26, 2009 6:54 pm

Прочитал статью и остался в недоумении - не могу же серьезные ученые не знать, что фотосинтез принципиально квантовый процесс... Ну совершенно очевидная вещь. Видимо опять журналист пересказал как-то криво.

Gior · Добавлено: Чт Мар 26, 2009 7:39 pm

Так она и идет по одному пути, но "поиск" оптимального маршрута... Тут сугубо квантовый эффект - микрочастица каким-то образом "знает" что ее ждет на пути. Вот Вы наверно знаете опыт с интерференцией на двух отверстиях. Помните, что если как-то зафиксировать через которое отверстие проходит частица, то интерференционная картина пропадет. Причем этот опыт удается даже когда к заслонке подлетают единичные частицы. Тут то же самое.
Я все же думаю, что либо оказалось, что ранее казавшийся достаточным, "класический" подход все же недостаточен, либо соль новости была в чем-то другом. Скорее первое слегка пропиаренное.