Bilim insanları, karmaşık hayatın sürekli artan bir düzensizlik evreninde nasıl ortaya çıktığını uzun zamandır merak ediyorlar. Şimdi bir grup bilim insanı artık bildiklerini düşünüyor.


Bilimin büyük gizemlerinden biri, hayatın evreni daha geniş anlamda anlamamıza nasıl uyum sağlayacağı. Özellikle, birçok teoristin hayatın büyük karmaşıklığının, tüm sistemlerin kaçınılmaz olarak en büyük rahatsızlık haline kadar çürümesi gerektiğini gösteren termodinamiklerin kanunlarıyla nasıl uzlaşabileceğini merak etmesi.

Evrenin soğuk ve durgun bir ölü madde banyosu haline gelmesi için giderek serinlediğini ima eden kozmologlar için. Bu nahoş kaderi ısı ölümü olarak bilinir.

Ancak son 4 milyar yıldır dünya üzerindeki hayat, giderek daha karmaşık hale gelmesiyle karşı entropikal yönde ilerledi. Gezegenimiz, nispeten basit moleküller oluşturan elemanlara bulaşmış büyük, sıcak bir kaya olarak başladı. Bugün, bazıları hayal bile edilemeyecek kadar karmaşık olan moleküler makinelerin gelişen bir topudur.

Bu nasıl oldu? Yakın geçmişteki birçok bilim insanı için şüphe, bir şeyin, bir yerde bir şey eklemiyor olması.
 

Biyokozmik soru


Şimdi Kanada'daki teorik Fizik Çevre Enstitüsü'nde Seattle'daki Sistem Biyolojisi Enstitüsü'nden Stuart Kauffman ve Lee Smolin'in de aralarında yer aldığı bir grup bilim insanı, termodinamiklerin dördüncü yasası, çelişkiyi çözebilir ve bu yeni düşünme yöntemi biyolojik ve kozmik yönleriyle biyolojik kozmoloji olarak adlandırdıkları yepyeni bir bilimde bağ kurar.

Kauffman, Smolin ve işbirliği evrenin entropikal bir envanteriyle başlıyor. Bu aslında evrende mümkün olan tüm devlet sayısının bir sayısıdır. Parçacıklar ile başlarlar — parçacıklar ile ilişkili toplam entropi 10 90 sırasına göre olur. Ancak, tüm siyah deliklerin entropi yaklaşık 10 104'de çok daha büyüktür.

Ancak bu, 10 124 bölgesindeki vakum enerjisiyle ilişkili entropi ile kıyaslandığında önemsiz bir duruma yol açacak. Gerçekten de, olası yapılandırmaların sayısı, gerçekten akıl bozan bir sayı olan exp (10 124).


Kauffman, Smolin ve co'nun dikkate aldığı nokta, biyolojide olası yapılandırma sayısı ve bunun kozmik sayıya kıyasla oluşma şeklidir.

İlk bakışta bu sorunun yanıtı kolay görünüyor. “Dünya üzerinde, yaklaşık otuz büyüklük emriyle, gözlenebilir Evren'de olduğundan çok daha az parçacık vardır.” diyor. “Bu nedenle, her türlü biyolojik katkının ihmal edilebilir düzeyde olması gayet açık görünüyor.”

Ancak bu düşünce şeklinin yanlış olduğu ortaya çıkıyor. Önemli fikirleri, olası biyolojik devlet sayısının evrenin diğer devletlerine farklı bir şekilde sayılması gerektiği. Ve bu yeni sayma yöntemi, kozmoların entropikal bütçesinin ardındaki kalkülü önemli ölçüde değiştiriyor.

Bu yeni düşünme şeklini ortaya kotan ipucu, evrim sürecinin tüm olası biyolojik konfigürasyonların yalnızca küçük bir kısmını seçmesi. Bu nedenle, toprakta gördüğümüz proteinler gibi biyolojik moleküller ve karmaşık yaşam şekillerini oluşturmak için bir araya gelmeleri mevcut sayının küçük bir kısmını oluşturuyor.


Dahası, birleştirilebilen yapı taşları daha karmaşık hale geldikçe, olası yapılandırma sayısı zamanla artar. İlk olarak, biyolojik moleküller karbon, hidrojen, nitrojen oksijen, fosfor ve sülfür olmak üzere altı farklı elemandan oluşur. Çok çeşitli kompleks organik moleküller oluşturabilirler.


Bu moleküllerin bir grubu amino asitlerdir ve bunlar, proteinler oluşturmak için çok sayıda şekilde bir araya gelebilirler. Elbette proteinler bir araya gelerek organizatörler gibi her türlü moleküler makineyi oluşturur. Bunlar hücreler oluşturmak için birleşir ve bu da çoklu hücresel organizmalar oluşturur.

Bu birleştirme süreci, fizik kurallarına tabi olan ve fizik uzmanlarının genel olarak düşündiklerinden temel olarak farklıdır. Bu kanunlar, hangi devletlerin oluşturabileceği ve oluşturamayabileceği konusunda önemli kısıtlamalar koyuyorlar.
 

Biyolojik Kanun

Buna karşın, belirli yapılandırmaların görüntülenmesini engelleyen “biyoloji yasaları” yoktur. Gerçekten de bunların herhangi biri mümkün. Bu nedenle yapılandırma alanı o kadar büyüktür ve sürekli olarak artmaktadır.

Peki, bu alanın boyutunu istediğiniz an nasıl   hesaplayabilirsiniz? Bunun için grup, Kauffman'ın on yıllar önce öne sürmüş olduğu bir fikre dönüştü. Bu fikir, bitişikteki olası teoriyi ortaya koydu. Bu, evrimin olası biyolojik konfigürasyonların alanını özel bir şekilde gezdiği kavramdır.

Her an, doğanın bu yapılandırma alanının belirli bir bölgesinde yer aldığına ve yalnızca bitişik olan diğer bölgeleri inceleyebileceğini varsaymaktadır. Bunu, müdafaat ve cinsel rekombinasyonun hayatta kalmaya daha uygun olabilecek yeni biyolojik fenotiplere yol açmasıyla bilinen evrim süreci yoluyla yapar.



"Biyoloji kanunları" yoksa bu değişiklikler yapılandırma alanını genişleterek daha da büyümesini sağlar."

Araştırmacılar, bu düşünmeyi kullanarak, 3.8 milyar yıl önce dünyada hayat ilk kez ortaya çıktığında, bu yapılandırma alanının 10 10 237 potansiyel durum bölgesinde bulunduğunu hesapladılar.

Diğer bir deyişle, Kauffman, Smolin ve co

Bu sıra dışı bir bulgu, çünkü kozmik ayaklara biyoloji koyuyor. Ekip, “sonuçlar geniş kapsamlı ve gelecekte yapılacak soruşturmalar için çeşitli hatlar açıyor, biyokozmik terimle adlandırdığımız yeni bir bilimsel alan”, diyor. “Özellikle yaşamdaki bilgi içeriği ile Universe'deki bilgi içeriği arasındaki ilişki sıfırdan yeniden oluşturulmalıdır.”

Aynı zamanda ekibin, bu gibi sistemlerin nasıl davrandığını yansıtan dördüncü bir termodinamik yasası önermesine de liderlik eder.

Hipotez, ele alınması gereken çok sayıda soruya yol açar. Evrenin entromunun potansiyel biyolojik mikrodurum sayısıyla karşılaştırılabilir olup olmadığı da bunlardan en az biri. Ekibin elmaları ve armutları karşılaştırması mümkün mü?

O zaman grubun son süslü uçuşu var. Yeni düşünme biçimlerinin, yaklaşık 4 milyar yıl önce hayatın ortaya çıkması ile evrenin hakimi olmaya başlamış karanlık enerjinin ortaya çıkması arasında bir bağlantı olduğunu gösterip göstermediğini soruyorlar. “Yaşamın acil karmaşıklığıyla ilgili bilgiler kozmik vakum enerjisini değiştirebilir mi?” soruyorlar.

Bu durumda, biyokozmik bilimi evreni anlamada ileri yönde atılmış bir adım teşkil eder. Değilse, en azından Kauffman, Smolin ve co bu iddiayı “çılgın spekülasyonlar” olarak kabul ettikleri söyleyebilir.