Cząsteczki wolą być „dezerterami” i „jeźdźcami na gapę”, ale gdy tylko warunki się pogorszą, stają się nimi
Co zrobili autorzy nowego dzieła?
Nowa hipoteza została opublikowana jako artykuł w czasopiśmie Life. Jej autorami są doktorant Alexandre Champagne-Ruel i jego promotor Paul Charbonneau, profesor na Wydziale Fizyki Uniwersytetu w Montrealu.
Autorzy badania przyjęli za podstawę hipotezę dotże życie powstało na Ziemi w sieciach samoreplikujących się cząsteczek. Cząsteczki samoreplikujące to dynamiczny układ, w którym tworzona jest ich identyczna lub podobna kopia. Komórki biologiczne w odpowiednim środowisku rozmnażają się poprzez podział komórkowy. Podczas podziału komórki DNA ulega replikacji i może zostać przekazane potomstwu podczas reprodukcji.
Naukowcy opracowali modele komputeroweróżnych środowiskach, aby obserwować, jak takie samoreplikujące się cząsteczki oddziałują na siebie. Jest to konieczne do symulacji zdarzeń, które mogły mieć miejsce na początku życia.
„Fizycy często badają różne złożone formy, wzwłaszcza pochodzenie życia. Istnieje kilka modeli, zgodnie z którymi podczas powstawania życia istniała aktywna współpraca między uczestnikami tego procesu ”- powiedział Champagne-Ruel.
Badacze opracowali modele komputerowe różnych środowisk, aby obserwować, w jaki sposób takie samoreplikujące się molekuły oddziałują.
Dlaczego potrzebowali teorii ewolucji Darwina?
Champagne-Ruel i Charbonneau jako pierwsi zbudowali swój model oparty na dylemacie więźnia. Jest to scenariusz oparty na teorii gier stosowany w wielu dziedzinach nauki.
Sednem problemu jest fabuła opowiadająca o dwóch więźniach,którzy są podejrzani o popełnienie przestępstwa. Zostali zatrzymani przez policję i umieszczeni w różnych celach. Teraz każdy więzień musi zdecydować, czy przyznać się do tego, co zrobił, czy zachować milczenie.
Obaj przestępcy siedzą w różnych celach, więcnie mogą naradzać się, ale wiedzą, że jeśli obaj się nie przyznają, za 6 miesięcy zostaną zwolnieni z powodu braku dowodów popełnienia przestępstwa. Jeśli obaj przyznają się do winy, posiedzą dwa lata. A jeśli jeden się przyzna, a drugi nie, wówczas pierwszy zostanie zwolniony, a drugi będzie więziony przez trzy lata. Istota dylematu polega na tym, że niezależnie od tego, co zrobi przeciwnik, zyskasz więcej, jeśli zdezerterujesz (powiesz o swoim wspólniku), niż współpracując (zachowasz milczenie). Ale dla obu będzie lepiej, jeśli zdecydują się na współpracę.
Autorzy nowego dzieła służącego do budowymodelować ten dylemat. Następnie dodali trzy podstawowe zasady systemu darwinowskiego – selekcję, dziedziczność i zmienność (lub mutację) – i przeprowadzili symulacje na siatce, w której „gracze” działali swobodnie i powtarzalnie.
„Podczas symulacji obliczyliśmy strategie,który zdobył punkty. Wybraliśmy je i sprawiliśmy, że swobodnie krążą, odtwarzając dynamikę, która mogła panować w środowisku prebiotycznym” – wyjaśnił Champagne-Ruel.
Co zaskoczyło autorów podczas symulacji
Podczas interakcji Champagne-Ruel odkrył toże dominują gracze, którzy zdezerterowali. W niektórych odmianach tacy gracze nazywani są także freeriderami. Jest to, jego zdaniem, znany wynik ewolucyjnej teorii gier dla tego typu modelowania.
Ale kiedy gracze uzyskują współczynniki błędów,który jest nie tylko dziedziczony, ale także podlega mutacjom, wtedy system zostaje opanowany przez tych, którzy współpracują. Kiedy znajdą się w środowisku ewolucyjnym, w którym występuje dziedziczność i zmienność, współpraca kwitnie. Dzieje się tak, nawet jeśli początkowo istniało konkurencyjne środowisko, w którym wszyscy uciekali.
Fizycy zauważyli, że tak ostre przejście dowspółpraca przypomina to, co w fizyce nazywa się przejściem fazowym. Jest to nagła spontaniczna reorganizacja systemu, taka jak wtedy, gdy woda osiąga temperaturę wrzenia.
„Nasz model potwierdza pogląd, że pojawienie się życia może przypominać przejście fazowe. Hipoteza ta jest podobna do tej, która została już wysunięta” – stwierdziła Champagne-Ruel.
Model wspiera ideę, że pojawienie się życia może być podobne do przejścia fazowego.
Czy istnieje współpraca w pochodzeniu życia na innych planetach?
Wyniki Champagne-Ruel pokazują, że nawet jeśli w systemie nie rozwinęły się genomy i złożone zachowanie organizmów, nadal może zaistnieć współpraca.
„Jeśli współpraca między cząsteczkami iorganizmy powstają w przyrodzie tak łatwo, co sugeruje, że życie może istnieć również w niesprzyjających warunkach. Potencjalnie moglibyśmy go znaleźć w najbliższej przyszłości za pomocą Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba” – zauważył Champagne-Ruel. „Astrobiolodzy nie powinni ignorować żadnych wskazówek, ponieważ naturalna współpraca – a co za tym idzie – życie – może nawet pojawić się w środowisku, które wydaje się niesprzyjające. .”
Czytaj więcej
Diagnoza w minutę: jak IT zmienia opiekę zdrowotną
Naukowcy odkryli największą roślinę: jej długość wynosi 180 km, a wiek około 4,5 tys. lat
Ospa małp staje się wirusem globalnym: dlaczego jest tak szybko przenoszony