מולקולות מעדיפות להיות "עריקים" ו"רוכבים חופשיים", אבל ברגע שהתנאים מחמירים, הם
מה עשו מחברי העבודה החדשה?
ההשערה החדשה פורסמה כמאמר בכתב העת Life. מחבריו הם הדוקטורנט אלכסנדר שמפניה-רואל והמנחה שלו פול שרבונאו, פרופסור במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת מונטריאול.
מחברי המחקר נטלו כבסיס את ההשערה לגבישמקורם של החיים על פני כדור הארץ ברשתות של מולקולות המשכפלות את עצמן. מולקולות משכפלות עצמיות הן מערכת דינמית שבה נוצר עותק זהה או דומה של עצמה. תאים ביולוגיים בסביבה מתאימה מתרבים באמצעות חלוקת תאים. במהלך חלוקת התא, ה-DNA משוכפל וניתן להעבירו לצאצאים במהלך הרבייה.
חוקרים פיתחו מודלים ממוחשביםסביבות שונות כדי לבחון כיצד מולקולות שכפולות כאלה פועלות באינטראקציה. זה הכרחי כדי לדמות אירועים שיכולים היו להתרחש במהלך מוצא החיים.
"פיזיקאים לומדים לעתים קרובות צורות מורכבות שונות, בבמיוחד מקור החיים. ישנם מספר מודלים שלפיהם, כשהחיים צצו, היה שיתוף פעולה פעיל בין המשתתפים בתהליך הזה", אמרה שמפניה-רואל.
חוקרים פיתחו מודלים ממוחשבים של סביבות שונות כדי לראות כיצד מולקולות שכפולות כאלה פועלות באינטראקציה.
למה הם היו צריכים את תורת האבולוציה של דרווין?
שמפניה-רואל ושרבונאו בנו לראשונה את הדגם שלהם, המבוסס על דילמת האסיר. זהו תרחיש של תורת המשחקים המשמש במספר תחומים מדעיים.
בלב הבעיה הזו עומדת עלילה על שני אסירים,החשודים בביצוע פשע. הם נעצרו על ידי המשטרה והוכנסו לתאים שונים. כעת על כל אסיר להחליט אם להודות במה שעשה או לשתוק.
שני הפושעים יושבים בתאים שונים, אזלא יכולים להתייעץ, אבל הם יודעים שאם שניהם לא יודו, הם ישוחררו בעוד 6 חודשים בגלל היעדר ראיות לפשע. אם שניהם יודו באשמה, הם ירוצו שנתיים. ואם יודה אחד, אבל השני לא, אז ישוחרר הראשון, והשני ייאסר שלוש שנים. מהות הדילמה היא שלא משנה מה יריבך יעשה, תרוויח יותר אם תעזוב (ספר על השותף שלך) מאשר אם תשתף פעולה (תשתוק). אבל לשניהם יהיה טוב יותר אם הם יחליטו לשתף פעולה.
מחברי העבודה החדשה נהגו לבנותמודל דילמה זו. לאחר מכן הם הוסיפו את שלושת עקרונות הליבה של המערכת הדרוויניסטית - בחירה, תורשה ושונות (או מוטציה) - והריצו סימולציות על רשת שבה "השחקנים" פעלו בחופשיות ובאופן חוזר.
"במהלך הסימולציה, חישבנו אסטרטגיות,שצבר נקודות. בחרנו אותם והפכנו אותם בחופשיות, תוך שיצרנו את הדינמיקה שאולי שררה בסביבה פרה-ביוטית", הסבירה שמפניה-רואל.
מה הפתיע את המחברים במהלך הסימולציה
במהלך האינטראקציות, שמפניה-רואל גילתה את זהשהשחקנים שערקו שולטים. בכמה וריאציות, שחקנים כאלה נקראים גם רוכבים חופשיים. זו, לדבריו, תוצאה ידועה של תורת המשחקים האבולוציונית עבור סוג זה של דוגמנות.
אבל כאשר שחקנים מקבלים שיעורי שגיאה,שהיא לא רק עוברת בתורשה, אלא גם נתונה למוטציות, אז המערכת נתפסת על ידי אלה שמשתפים פעולה. ברגע שהם נמצאים בסביבה אבולוציונית שבה יש תורשה ושונות, שיתוף הפעולה פורח. זה קורה גם אם בהתחלה הייתה סביבה תחרותית שבה כולם ערקו.
פיזיקאים ציינו כי מעבר כה חד לשיתוף הפעולה דומה למה שנקרא בפיזיקה מעבר פאזה. זהו ארגון מחדש ספונטני פתאומי של מערכת, כגון כאשר המים מגיעים לנקודת הרתיחה.
"המודל שלנו תומך ברעיון שהופעת החיים עשויה להיות דומה למעבר פאזה. השערה זו דומה לאלה שכבר הועלו", אמרה שמפיין-רואל.
המודל תומך ברעיון שהופעת החיים יכולה להיות כמו מעבר פאזה.
האם יש שיתוף פעולה במקור החיים בכוכבי לכת אחרים
התוצאות של שמפניה-רואל מראות שגם אם למערכת אין גנומים מפותחים והתנהגות מורכבת של אורגניזמים, עדיין יכולים להיווצר שיתוף פעולה ושיתוף פעולה.
"אם שיתוף פעולה בין מולקולות ואורגניזמים מתעוררים כל כך בקלות בטבע, זה מרמז שחיים יכולים להתקיים גם בתנאים לא נוחים. נוכל למצוא אותו בפוטנציה בעתיד הקרוב בעזרת טלסקופ החלל ג'יימס ווב", ציינה שמפיין-רואל. "אסרוביולוגים לא צריכים להתעלם מכל רמז, כי שיתוף פעולה טבעי - ולפיכך חיים - עלולים אפילו להופיע בסביבה שנראית לא חיובית ."
קרא עוד
אבחון תוך דקה: כיצד ה-IT משנה את שירותי הבריאות
מדענים מצאו את הצמח הגדול ביותר: אורכו 180 ק"מ, וגילו כ-4.5 אלף שנה
אבעבועות הקופים הופכות לוירוס עולמי: מדוע היא מועברת כל כך מהר