Редакция рада возвращению в журнал после длительного перерыва московского физика-теоретика Александра Рабиновича, высказывающего на страницах ЧАЙКИ новую гипотезу о происхождении жизни. Все статьи Александра вызывали обширную и интересную полемику в нашем журнале, и сейчас мы также надеемся на отклик читателей, знакомых с этой сложнейшей проблемой.
Восемьдесят лет назад, в 1944 г., была опубликована книга знаменитого австрийского физика Эрвина Шрёдингера “Что такое жизнь? Физический аспект живой клетки”, в которой была предпринята попытка понять сущность живой материи с позиций физической науки. Книга с восторгом была воспринята широкими кругами ученых и любителей науки.
В ней очень интересно и глубоко были охарактеризованы существовавшие в то время воззрения в генетике и физике и была предпринята попытка навести мосты между этими столь различными областями науки.
Но удалось ли в этой, без сомнения, замечательной книге понять суть живой материи с точки зрения физической науки, занимающейся сугубо неживой материей? Нужно признать, что нет. Слишком уж велика тайна жизни!
Создается впечатление, что человек никогда не сможет объяснить загадочные процессы в живой клетке.
Однако через 10 лет после выхода книги Шрёдингера появилась замечательная физическая теория двух физиков – китайского и американского, - лауреата Нобелевской премии Чжэньнина Янга и американца Роберта Миллса, которая, как будет далее показано, может пролить свет на некоторые аспекты живого.
Теория Янга-Миллса и физика живой материи
В 1954 г. Янг и Миллс опубликовали статью, в которой представили физическую теорию, обобщающую теорию электромагнетизма Максвелла и описывающую гипотетические взаимодействия в микромире. Она поражала своей красотой, однако было непонятно, имеет ли она какое-либо отношение к физической реальности. Но прошел ряд лет - и эта теория нашла применения в описании ряда фундаментальных взаимодействий в микромире, после чего стала одной из главных физических теорий, с которой связывалось будущее физики.
В то же время в этой новой теории осталось немало нерешенных вопросов, на одном из которых хотелось бы остановиться. Как говорилось, теория, предложенная Янгом и Миллсом в 1954 г., обобщает теорию электромагнетизма Максвелла. Электромагнитная теория Максвелла описывает одно физическое поле с четырьмя потенциалами, а в статье Янга-Миллса было дано описание нелинейного взаимодействия трех подобных полей. Переносчиками электромагнитного поля являются фотоны. Переносчиками же трех полей Янга-Миллса оказались, помимо фотонов, также известные частицы – Z и W бозоны. Источники электромагнитного поля – это электрические заряды и токи. Источниками же трех полей Янга-Миллса могут быть три типа зарядов и токов.
Как мы знаем, в неживой материи имеется только один тип зарядов – обычные электрические заряды. Где же тогда найти остальные два типа зарядов? Можно прийти к довольно неожиданному выводу, что они – в живой материи! Но какую роль могут в ней играть эти два дополнительных заряда? Данный вопрос мы и попытаемся рассмотреть.
Теория Янга-Миллса и кодирование генетической информации
Как известно, единицами передачи наследственной информации в живых клетках являются гены, представляющие собой участки ДНК, а у некоторых вирусов – РНК. В истории биологии было много споров о том, какие молекулы могут быть носителями наследственной информации. Долгое время считалось, что такими носителями могут быть только белки, так как их строение – 20 аминокислот позволяет создать значительно больше вариантов, чем ДНК, которая состоит всего из 4-х видов нуклеотидов. Однако, как показали эксперименты, именно ДНК содержит в себе наследственную информацию.
В результате остался невыясненным вопрос, каким образом огромное количество наследственных признаков проявляется в генах, которые в химическом отношении не слишком уж разнообразны?
Что по этому поводу можно сказать? Значит, отличие в генах должно проявляться не столько в химической структуре, сколько в их физических свойствах. Но тогда каким образом огромное разнообразие этих свойств может возникнуть при сравнительно небольшом количестве вариантов химических структур в генах?
Ответ на этот вопрос можно найти как раз в теории Янга-Миллса с тремя физическими полями, где их источниками, помимо электрических зарядов, являются два других типа зарядов. Разнообразные распределения этих зарядов в больших макромолекулах, какими являются гены, как раз и могут создать огромное число вариантов физических свойств. Поэтому идея о том, что в живой материи большую роль играют поля Янга-Миллса и вызывающие их три типа зарядов, представляется многообещающей.
Но какие энергетические возможности имеются у клетки, содержащей три типа зарядов? Ведь только при достаточно большой внутренней энергии клетки можно обеспечить надежность и стабильность происходящих в ней сложных биологических процессов.
Для ответа на этот вопрос обратимся к моей монографии:
Alexander S. Rabinowitch “Nonlinear Field Theories and Unexplained Phenomena in Nature”, World Scientific, Singapore, 2023,
https://www.worldscientific.com/worldscibooks/10.1142/13078#t=aboutBook ,
первые три главы которой посвящены изучению полей Янга-Миллса.
В ее 2-й главе было показано, что в случае 2-х или 3-х типов зарядов возможны такие их распределения, при которых возникают очень мощные усиления полей Янга-Миллса. Это свойство как раз могло бы быть применено к объяснению ряда труднопостижимых явлений в живой материи, требующих больших энергий.
В частности, обратимся к удивительному явлению азотфиксации у некоторых видов бактерий.
Азотфиксация представляет собой процесс, при котором азот извлекается из инертных молекулярных форм в атмосфере и превращается в соединения азота, такие как аммиак, нитраты и диоксид азота. Эти процессы требуют очень высоких энергий, и единственный встречающийся в природе небиологический способ их реализации — грозовые разряды.
Чтобы понять, как удается ряду бактерий справляться со столь трудной задачей, как азотфиксация, обратимся к идее существования полей Янга-Миллса в живой материи. Эта идея как раз позволяет объяснить возникновение в живых клетках весьма больших энергий и тем самым дать объяснение способности этих малых органических образований осуществлять то, что под силу мощным грозовым разрядам.
Нейтрино и самозарождение жизни на Земле
Как известно, важным применением теории Янга-Миллса было описание с ее помощью электрослабых процессов – ряда взаимодействий, происходящих с участием разных типов нейтрино и их античастиц.
Такие частицы, как протон и электрон, имеют только один тип заряда - обычный электрический заряд. Так как при их взаимодействии с нейтрино появляются поля Янга-Миллса, то приходим к выводу, что нейтрино должны иметь дополнительные заряды, отличные от электрического.
Это означает, что нейтрино должны быть наделены особой ролью среди других известных элементарных частиц, имеющих только один классический электрический заряд.
Одним из важнейших научных вопросов, не нашедших до сих пор своего решения, является вопрос о возникновении живой материи из неживой.
Было предпринято немало попыток объяснения происхождения жизни. Наиболее популярной из них является теория ее самозарождения Опарина-Холдейна. Эта теория была проверена в 1953 г. в эксперименте Миллера-Юри. В нем в замкнутый сосуд была помещена смесь воды, аммиака, метана, углекислого газа и окиси углерода через которую пропускались электрические разряды при температуре 80 градусов Цельсия. В результате, образовывались аминокислоты. Позднее были получены также сахара и углеводы. Однако все это не привело к созданию живого, так как возникшие при этом органические системы не могли сами себя воспроизводить.
Так чего же не хватало в этих экспериментах для развития живого? В них, как минимум, не хватало неэлектрических зарядов, которые могли бы появиться при взаимодействии полученных органических систем с нейтрино. Но нейтрино крайне слабо взаимодействует с обычным веществом. Поэтому здесь необходимы были бы очень мощные потоки нейтрино.
Такие потоки нейтрино могли возникнуть на Земле миллиарды лет назад, когда протекали особо мощные вулканические процессы и электрические разряды. Тогда как раз должны были появляться огромные потоки нейтрино, проходящие через возникающие разнообразные органические соединения.
В результате этих процессов органические соединения могли приобрести неэлектрические заряды и, соответственно, поля Янга-Миллса, необходимые для формирования живых клеток.
Предложенный здесь подход, конечно, только первая попытка использовать поля Янга-Миллса для объяснения сложнейшей проблемы живого. Требуется очень большая работа ученых разных специальностей для развития высказанной гипотезы.
Комментарии
Очвнь интересно… Но прдётся набраться терпения
Очвнь интересно… Но прдётся набраться терпения
Загадочная идея
Для меня этот текст выглядит как обьявление выдуманной проблемы, типа двух цифр 0 и 1 не хватит чтоб закодировать в компьютерах такое громадное разнообразие и целых, и рациональных, и действительных чисел. И для решения этой "загадки" предлагается использовать нейтрино.
В общем скорее всего статья слишком сжато обрисовала проблему кодировки биологической информации. Буду благодарен за подробное обьяснение.
Ответ Timofej
Протоны и электроны в атомах неживой материи имеют только обычные электрические заряды. При отсутствии же ионизации, такие атомы электрически нейтральны. Что касается нейтрино, они, будучи источниками поля Янга-Миллса, должны иметь неэлектрические заряды. При взаимодействии с очень мощными потоками нейтрино, атомы могут также приобрести неэлектрические заряды. Наличие или отсутствие таких зарядов в атомах живой материи как раз позволяет закодировать весьма большое разнообразие в генетической информации.
Добавить комментарий