Молекули вважають за краще бути «дезертирами» та «безквитками», але як тільки умови погіршуються, вони
Що зробили автори нової роботи?
Нову гіпотезу опублікували як статтю у журналі Life. Її автори – аспірант Олександр Шампань-Рюель та його науковий керівник Пол Шарбонно, професор факультету фізики у Монреальському університеті.
Автори дослідження взяли за основу гіпотезу протому, що життя зародилося на Землі в мережах молекул, що самовідтворюються. Самовідтворювані молекули - це така динамічна система, в якій створюється ідентична або схожа копія самої себе. Біологічні клітини, що знаходяться у відповідному середовищі, розмножуються за допомогою клітинного поділу. Під час клітинного поділу ДНК реплікується і може бути передана потомству під час розмноження.
Дослідники розробили комп'ютерні моделірізного середовища, щоб спостерігати, як взаємодіють такі самовідтворювані молекули. Це потрібно, щоб змоделювати події, які могли відбуватися під час зародження життя.
«Фізики часто вивчають різні складні форми,зокрема зародження життя. Є кілька моделей, згідно з якими у разі виникнення життя відбувалася активна співпраця між учасниками цього процесу», — сказав Шампань-Рюель.
Дослідники розробили комп'ютерні моделі різного середовища, щоб спостерігати, як взаємодіють такі самовідтворювані молекули
Навіщо їм потрібна була теорія еволюції Дарвіна?
Шампань-Рюель та Шарбонно спочатку побудували свою модель, яка ґрунтується на дилемі ув'язненого. Це сценарій теорії ігор, який використовують у ряді наукових областей.
В основі цієї проблеми сюжет про двох ув'язнених,яких підозрюють у скоєнні злочину. Їх затримала поліція та посадила у різні камери. Тепер кожному ув'язненому треба вирішити, визнаватись у досконалому або мовчати.
Обидва злочинці сидять у різних камерах, томуне можуть радитися, але вони знають, що якщо обидва не зізнаються, їх випустять через 6 місяців через відсутність складу злочину. Якщо обидва визнають провину, то відсидять два роки. А якщо один зізнається, а другий ні, то першого випустять, а другого посадять на три роки. Суть дилеми в тому, що б не робив ваш опонент, ви більше виграєте якщо дезертуватимете (донесете на спільника), ніж якщо співпрацюватимете (мовчати). А ось обом буде краще, якщо вони вирішать співпрацювати.
Автори нової роботи використали для побудовисвоєї моделі цю дилему. Далі вони додали до неї три основні принципи дарвінівської системи - відбір, успадковуваність і мінливість (або мутації) - і провели моделювання на сітці, де «гравці» діяли вільно і повторюваним чином.
«Під час моделювання ми підрахували стратегії,які набрали кількість балів. Ми відібрали їх і зробили так, щоб вони вільно поширювалися, відтворюючи динаміку, яка, можливо, переважала у пребіотичному середовищі», — пояснив Шампань-Рюель.
Що здивувало авторів під час моделювання
У ході взаємодій Шампань-Рюель виявив,що гравці, котрі дезертували, домінують. У деяких варіаціях таких гравців ще називають безквитками. Це, за його словами, є відомим результатом еволюційної теорії ігор для такого типу моделювання.
Але коли у гравців з'являється частота помилок,яка не тільки успадковується, а й схильна до мутацій, то систему захоплюють ті, хто кооперується. Як тільки вони потрапляють в еволюційне середовище, де є успадкованість та мінливість, кооперація процвітає. Це відбувається, навіть якщо спочатку було конкурентне середовище, де всі дезертирували.
Фізики зазначили, що такий різкий перехід докооперації нагадує те, що у фізиці називається фазовим переходом. Це раптова спонтанна реорганізація системи, наприклад коли вода досягає точки кипіння.
«Наша модель підтверджує ідею про те, що виникнення життя може бути схожим на фазовий перехід. Ця гіпотеза схожа на ті, які раніше вже висували», - сказав Шампань-Рюель.
Модель підтверджує ідею у тому, що виникнення життя то, можливо схоже фазовий перехід
Чи є співпраця при зародженні життя на інших планетах
Результати Шампань-Рюеля показують, що навіть якщо в системі немає розвинених геномів та складних у поведінці організмів, все одно може виникати співпраця та кооперація.
«Якщо співпраця між молекулами таорганізмами так легко виникає в природі, це говорить про те, що життя може існувати в несприятливих умовах. Ми потенційно можемо знайти її в найближчому майбутньому за допомогою космічного телескопа "Джеймс Вебб", - зазначив Шампань-Рюель, - Астробіологи не повинні ігнорувати жодних підказок, тому що природна співпраця - і, отже, життя - може з'явитися навіть у середовищі, яке видається несприятливим».
Читати далі
Діагноз за хвилину: як ІТ змінює охорону здоров'я
Вчені знайшли найбільшу рослину: її довжина 180 км, а вік близько 4,5 тис. років
Віспа мавп стає глобальним вірусом: чому вона передається так швидко