Diğer dünyalardaki yaşam - eğer varsa - tanınmayacak kadar yabancı olabilir. Uzaylı biyolojisinin, DNA ve proteinler gibi tanıdık yapı taşlarıyla Dünya'dakiyle aynı kimyaları kullanacağının garantisi yok. Bilim adamları, biyolojinin işi olduğunu bilmeden bu tür yaşam formlarının imzalarını bile tespit edebilirler.

Bu sorun varsayımsal olmaktan uzaktır. Nisan ayında, Avrupa Uzay Ajansı'nın Juice uzay aracı Fransız Guyanası'ndan Jüpiter ve uydularına doğru yola çıktı. Bu uydulardan biri olan Europa'nın donmuş kabuğunun altında derin, tuzlu bir okyanusu var ve güneş sisteminde uzaylı yaşamı aramak için en umut verici yerlerden biri. Gelecek yıl, NASA'nın Europa Clipper uzay aracı yine Europa'yı hedef alarak fırlatılacak. Her iki uzay aracında da, buzun altında olası bir yaşam belirtisi olan karmaşık organik moleküllerin parmak izlerini arayacak araçlar var. Ve 2027'de NASA, Satürn'ün uydusu Titan'ın yüzeyi üzerinde vızıldamak için Dragonfly adında drone benzeri bir helikopter fırlatmayı planlıyor.

Ufuktaki bu ve diğer görevler, bilim insanlarının 1970'lerde Viking iniş araçlarıyla Mars biyolojisinin işaretlerini ilk kez aramaya çalıştıklarından beri rahatsız olan aynı engelle karşılaşacak: Yaşamın kesin bir imzası yok.

Bu değişmek üzere olabilir. 2021 yılında liderliğindeki bir ekip Lee Cronin İskoçya'daki Glasgow Üniversitesi ve sara yürüteç Arizona Eyalet Üniversitesi çok genel bir yol önerdi canlı sistemler tarafından yapılan molekülleri tanımlamak için - alışılmadık kimyaları kullananlar bile. Yöntemlerinin, basitçe, yabancı yaşam formlarının, Dünya'daki yaşama benzer bir kimyasal karmaşıklığa sahip moleküller üreteceğini varsaydığını söylediler.

Montaj teorisi olarak adlandırılan, çiftin stratejisinin temelini oluşturan fikrin daha da büyük amaçları var. ortaya konduğu gibi son dizi of yayınlar, sen ve benim gibi görünüşte pek olası olmayan şeylerin neden var olduğunu açıklamaya çalışır. Ve bu açıklamayı, olağan fizik tarzında, zamansız fizik yasalarında değil, nesnelere kendilerinden önce gelenlerin geçmişlerini ve anılarını aşılayan bir süreçte arar. Hatta binlerce yıldır bilim adamlarının ve filozofların kafasını karıştıran bir soruyu yanıtlamaya çalışıyor: Zaten hayat nedir?

Şaşırtıcı olmayan bir şekilde, böylesine iddialı bir proje şüphe uyandırdı. Savunucuları, laboratuvarda nasıl test edilebileceğini henüz netleştirmedi. Ve bazı bilim adamları, montaj teorisinin hayatı cansızdan ayırma ve karmaşıklık hakkında yeni bir şekilde düşünme konusundaki daha mütevazı vaatlerini bile yerine getirip getiremeyeceğini merak ediyor.

Ancak diğerleri, bunların montaj teorisi için hala ilk günler olduğunu ve karmaşıklığın nasıl ortaya çıktığı ve geliştiği sorusuna yeni bir bakış açısı getirme şansının gerçek olduğunu düşünüyor. Evrim teorisyeni, "İlişki kurmak eğlenceli" dedi. David Krakauer, Santa Fe Enstitüsü başkanı. Montaj teorisi, dedi, nesnelerin olumsal tarihlerini keşfetmenin bir yolunu sunuyor - çoğu karmaşıklık teorisi tarafından göz ardı edilen bir konu, şeylerin nasıl olduğuna odaklanma eğiliminde, ancak nasıl bu şekilde olmaları gerektiğine değil. Paul DaviesArizona Eyaletinden bir fizikçi, bunu "karmaşıklık hakkında düşünme şeklimizi dönüştürme potansiyeline sahip yeni bir fikir" olarak nitelendirerek aynı fikirde.

Şeylerin Düzeni Üzerine

Montaj teorisi, Cronin'in, farklı atomları birleştirmenin astronomik sayıda yolu göz önüne alındığında, doğanın neden bazı molekülleri yapıp bazılarını yapmadığını sormasıyla başladı. Bir cismin fizik kanunlarına göre mümkün olduğunu söylemek bir şeydir; onu bileşen parçalarından yapmak için gerçek bir yol olduğunu söylemek başka bir şey. Cronin, "Montaj teorisi, karmaşık moleküllerin kombinatoryal alan çok geniş olduğu için öylece ortaya çıkamayacağına dair sezgilerimi yakalamak için geliştirildi" dedi.

Bu arada Walker, karmaşık moleküller yapmakla yakından ilgili bir konu olan yaşamın kökeni sorunuyla boğuşuyordu, çünkü canlı organizmalardakiler tesadüfen bir araya getirilemeyecek kadar karmaşıktı. Walker, Darwinci seçilim devreye girmeden önce bile bir şeyin bu süreci yönlendirmiş olması gerektiğini düşündü.

Cronin ve Walker, 2012'de bir NASA astrobiyoloji atölyesine katıldıktan sonra güçlerini birleştirdiler. Cronin, "Sara ve ben bilgi teorisini, yaşamı ve kendi kendini kopyalayan makineler yapmak için asgari yolları tartışıyorduk," diye hatırlıyordu. "Ve ikimizin de biyolojiden önce bir 'itici gücün' eksik olduğu konusunda hemfikir olduğumuz benim için çok açık hale geldi."

İkili, montaj teorisinin nesnelerin nasıl yapıldığına dair bariz tarihsel olumsallığın tutarlı ve matematiksel olarak kesin bir açıklamasını sağladığını söylüyor - örneğin, neden önce çok hücreli yaşama, sonra insanlara ve sonra uygarlığa sahip olmadan roket geliştiremezsiniz? ve bilim. Nesnelerin görünebileceği belirli bir sıra vardır.

Walker, “Tekrarlamalı olarak yapılandırılmış bir evrende yaşıyoruz” dedi. “Çoğu yapının geçmişin hatırası üzerine inşa edilmesi gerekiyor. Bilgi zamanla oluşur.”

Bu sezgisel olarak bariz görünebilir, ancak bazı şeylerin sırası ile ilgili soruları yanıtlamak daha zordur. Dinozorlar kuşlardan önce mi gelmek zorundaydı? Mozart, John Coltrane'den önce mi gelmek zorundaydı? Hangi moleküllerin zorunlu olarak DNA ve proteinlerden önce geldiğini söyleyebilir miyiz?

Karmaşıklığın Ölçülmesi

Montaj teorisi, karmaşık nesnelerin birçok basit nesnenin birleştirilmesinden ortaya çıktığına dair görünüşte tartışmasız bir varsayım yapar. Teori, bir nesnenin karmaşıklığını, nasıl yapıldığını göz önünde bulundurarak nesnel olarak ölçmenin mümkün olduğunu söylüyor. Bu, montaj indeksi (AI) olarak ölçülen, nesneyi bileşenlerinden yapmak için gereken minimum adım sayısını hesaplayarak yapılır.

Ek olarak, karmaşık bir nesnenin bilimsel olarak ilginç olması için ondan çok sayıda olması gerekir. Rastgele montaj süreçlerinden çok karmaşık şeyler ortaya çıkabilir - örneğin, eski amino asitleri zincirlere bağlayarak protein benzeri moleküller yapabilirsiniz. Yine de genel olarak, bu rastgele moleküller, bir enzim gibi davranmak gibi ilgi çekici hiçbir şey yapmayacaktır. Ve bu şekilde iki özdeş molekül elde etme şansı yok denecek kadar azdır.

Bununla birlikte, fonksiyonel enzimler, biyolojide tekrar tekrar güvenilir bir şekilde yapılır, çünkü bunlar rastgele değil, nesiller boyunca kalıtılan genetik talimatlarla birleştirilirler. Bu nedenle, son derece karmaşık tek bir molekül bulmak size onun nasıl yapıldığı hakkında hiçbir şey söylemezken, birçok özdeş karmaşık molekülü bulmak, bazı düzenlenmiş süreçler - belki de yaşam - iş başında olmadıkça olası değildir.

Cronin ve Walker, eğer bir molekül saptanabilecek kadar bolsa, onun montaj indeksinin organize, gerçekçi bir süreçle üretilip üretilmediğini gösterebileceğini düşündüler. Bu yaklaşımın çekiciliği, molekülün kendisinin ya da onu oluşturan canlı benzeri varlığın ayrıntılı kimyası hakkında hiçbir şey varsaymamasıdır. Kimyasal olarak agnostik. Ve bu, karasal biyokimyaya uymayabilecek yaşam formları ararken onu özellikle değerli kılıyor, dedi. Jonathan Lunine, Cornell Üniversitesi'nde bir gezegen bilimcisi ve Satürn'ün buzlu ayı Enceladus'ta yaşam aramak için önerilen bir görevin baş araştırmacısı.

Lunine, "En az bir görece agnostik tekniğin yaşam tespit görevlerinde olması gerekiyor" dedi.

Ayrıca gezegen yüzeylerinin kimyasını incelemek için halihazırda kullanılan tekniklerle montaj teorisinin gerektirdiği ölçümleri yapmanın mümkün olduğunu da sözlerine ekledi. "Verilerin yorumlanmasında montaj teorisinin kullanılmasına izin veren ölçümlerin uygulanması fazlasıyla yapılabilir" dedi.

Hayatın Çalışmasının Bir Ölçüsü

İhtiyaç duyulan şey, belirli moleküllerin AI'lerini belirlemek için hızlı ve kolay bir deneysel yöntemdir. Bir kimyasal yapı veri tabanı kullanan Cronin, Walker ve meslektaşları, farklı moleküler yapılar yapmak için gereken minimum adım sayısını hesaplamanın bir yolunu buldular. Sonuçları, nispeten küçük moleküller için montaj indeksinin kabaca moleküler ağırlıkla orantılı olduğunu gösterdi. Ancak daha büyük moleküller için (diyelim ki küçük peptitlerden daha büyük herhangi bir şey) bu ilişki bozulur.

Bu durumlarda araştırmacılar, kütle spektrometresini kullanarak AI'yı tahmin edebileceklerini keşfettiler - NASA'nın Curiosity gezgini tarafından Mars yüzeyindeki kimyasal bileşikleri tanımlamak için ve NASA'nın Cassini uzay aracı tarafından Enceladus'tan püsküren molekülleri incelemek için zaten kullanılan bir teknik.

Kütle spektrometresi tipik olarak büyük molekülleri parçalara ayırır. Cronin, Walker ve meslektaşları, bu süreç sırasında, yüksek AI'lara sahip büyük moleküllerin, düşük AI'lara (basit, tekrarlayan polimerler gibi) sahip olanlardan daha karmaşık parça karışımlarına bölündüğünü keşfettiler. Bu şekilde araştırmacılar, molekülün kütle spektrumunun karmaşıklığına dayanan bir AI'yı güvenilir bir şekilde belirleyebilirler.

Araştırmacılar daha sonra tekniği test ettiklerinde, canlı sistemler tarafından yapılan karmaşık molekül karışımlarının - bir kültür E. coli bakteriler, taksol (anti-kanser özelliklere sahip Pasifik porsuk ağacının bir metaboliti), bira ve maya hücreleri gibi doğal ürünler - tipik olarak minerallerden veya basit organiklerden önemli ölçüde daha yüksek ortalama AI'lara sahipti.

Analiz, yanlış negatiflere karşı hassastır - Ardbeg tek malt viski gibi canlı sistemlerin bazı ürünleri, canlı olmayan bir kökene işaret eden AI'lara sahiptir. Ama belki daha da önemlisi, deney yanlış pozitifler üretmedi: Abiyotik sistemler, biyolojiyi taklit etmek için yeterince yüksek yapay zekaları toplayamaz. Böylece araştırmacılar, başka bir dünyada yüksek moleküler yapay zekaya sahip bir numune ölçülürse, bunun canlı diyebileceğimiz bir varlık tarafından yapılmış olabileceği sonucuna vardılar.

Kütle spektrometrisi, yalnızca fiziksel örneklere erişimi olan astrobiyolojik araştırmalarda işe yarayacaktır - yani, iniş görevleri veya bir dünyanın yüzeyinden fırlatılan molekülleri toplayıp analiz edebilen Europa Clipper gibi bazı yörüngeler. Ancak Cronin ve meslektaşları şimdi gösterdi tutarlı sonuçlar sunan diğer iki tekniği kullanarak moleküler AI'ları ölçebildiklerini. Bunlardan biri olan kızılötesi spektroskopi, uzak dünyaların kimyasal bileşimini uzaktan inceleyen James Webb Uzay Teleskobu gibi aletler tarafından kullanılabilir.

Bu, bu moleküler tespit yöntemlerinin kayadan sürüngene kadar uzanan temiz bir ölçüm çubuğu sunduğu anlamına gelmez. Hector ZenilCambridge Üniversitesi'nde bir bilgisayar bilimcisi ve biyoteknoloji uzmanı olan Glasgow grubunun test ettiği tüm numuneler arasında en yüksek AI'ya sahip olan maddenin - bu ölçüme göre en "biyolojik" olarak kabul edilebilecek bir maddenin - bir bakteri olmadığına dikkat çekti. .

Biraydı.

Determinizm Zincirlerinden Kurtulmak

Montaj teorisi, bizim gibi nesnelerin tek başına ortaya çıkamayacağını, bazı karmaşık nesnelerin yalnızca diğerleriyle birlikte ortaya çıkabileceğini öngörür. Bu sezgisel bir anlam ifade eder; evren asla tek bir insan üretemez. Herhangi bir insan yapmak için, bizi bir grup yapması gerekiyordu.

Genel olarak insanlar (ve özellikle siz ve ben) gibi belirli, gerçek varlıkları açıklarken, geleneksel fizik ancak bu kadar işe yarar. Doğa yasalarını sağlar ve belirli sonuçların belirli başlangıç ​​koşullarının sonucu olduğunu varsayar. Bu görüşe göre, evrenin ilk anlarında bir şekilde kodlanmış olmalıyız. Ancak bunu yapmak için kesinlikle son derece ince ayarlı başlangıç ​​koşulları gerektirir. Homo sapiens (bırakın sizi) kaçınılmaz.

Montaj teorisinin savunucuları, bu tür üstbelirlenmiş tablodan kaçtığını söylüyor. Burada başlangıç ​​koşullarının pek bir önemi yoktur. Aksine, bizim gibi belirli nesneleri yapmak için gereken bilgi başlangıçta orada değildi, kozmik evrimin gelişen sürecinde birikir - bizi tüm bu sorumluluğu inanılmaz derecede ince ayarlı bir Büyük Patlama'ya yüklemek zorunda kalmaktan kurtarır. Walker, bilgi "yolda" dedi, "başlangıç ​​koşullarında değil."

Cronin ve Walker, gözlemlenen gerçekliğin anahtarlarının nasıl evrensel yasalarda değil, bazı nesnelerin bir araya getirilme veya diğerlerine dönüştürülme biçimlerinde yattığını açıklamaya çalışan tek bilim insanı değiller. teorik fizikçi chiara marletto Oxford Üniversitesi'nden fizikçi David Deutsch ile benzer bir fikir geliştiriyor. Dedikleri yaklaşımları yapıcı teori ve Marletto'nun montaj teorisine "ruh olarak yakın" olduğunu düşündüğü, hangi tür dönüşümlerin mümkün olduğunu ve mümkün olmadığını düşünür.

Cronin, "Kurucu teorisi, belirli dönüşümler yapabilen görevler evreninden bahsediyor" dedi. "Fizik yasaları içinde olabilecekleri sınırlayıcı olarak düşünülebilir." Montaj teorisi, diyor, bu denkleme zaman ve tarih katıyor.

Montaj teorisi, neden bazı nesnelerin yapılıp diğerlerinin yapılmadığını açıklamak için, iç içe geçmiş dört farklı "evren" hiyerarşisi tanımlar.

Montaj Evreninde, temel yapı taşlarının tüm permütasyonlarına izin verilir. Montaj Mümkün'de, fizik yasaları bu kombinasyonları kısıtlar, bu nedenle yalnızca bazı nesneler mümkün olabilir. Derleme Koşulu daha sonra, olası yollar boyunca gerçekten bir araya getirilebilecekleri seçerek, fiziksel olarak izin verilen çok sayıda nesneyi budar. Dördüncü evren, gerçekten gördüğümüz belirli nesneleri yaratan montaj süreçlerini içeren Gözlemlenen Montaj'dır.

Montaj teorisi, tüm bu evrenlerin yapısını araştırıyor. grafiklerin matematiksel çalışmasıveya birbirine bağlı düğümlerin ağları. Walker, "nesnelere öncelik veren bir teori" dedi, "[teorideki] şeylerin bileşenleri değil, gerçekte yapılmış nesneler olduğu".

Montaj süreçlerinin bu kavramsal evrenlerde nasıl işlediğini anlamak için, Darwinci evrim problemini ele alalım. Geleneksel olarak, evrim, kopyalanan moleküller tesadüfen ortaya çıktıktan sonra "bir anda meydana gelen" bir şeydir - bir totoloji olma riskini taşıyan bir görüş, çünkü evrimin evrimleşebilir moleküller var olduktan sonra başladığını söylüyor gibi görünüyor. Marletto, bunun yerine, hem montaj hem de yapıcı teorinin savunucularının "kökü fizikte olan niceliksel bir evrim anlayışı" aradıklarını söyledi.

Montaj teorisine göre, Darwinci evrimin devam edebilmesi için, Olası Montaj'dan yüksek yapay zekaya sahip nesnelerin birden çok kopyası için bir şeyin seçilmesi gerekir. Cronin, tek başına kimyanın - nispeten karmaşık molekülleri küçük bir alt kümeye indirgeyerek - bunu yapabileceğini söyledi. Sıradan kimyasal reaksiyonlar, daha hızlı reaksiyon hızlarına sahip oldukları için olası tüm permütasyonlardan belirli ürünleri zaten "seçer".

Prebiyotik ortamdaki sıcaklık veya katalitik mineral yüzeyler gibi spesifik koşullar, böylece, Olası Düzenek'tekiler arasından yaşamın moleküler öncüllerini ayıklamaya başlamış olabilir. Montaj teorisine göre, bu prebiyotik tercihler günümüzün biyolojik moleküllerinde “hatırlanacak”: Kendi tarihlerini kodluyorlar. Darwinci seçilim devreye girdiğinde, kendini daha iyi kopyalayabilen nesneleri tercih etti. Süreç içinde, tarihin bu kodlaması daha da güçlendi. İşte tam da bu nedenle bilim adamları, organizmaların evrimsel ilişkileri hakkında çıkarımlar yapmak için proteinlerin ve DNA'nın moleküler yapılarını kullanabilirler.

Böylece, montaj teorisi "fizik ve biyolojideki seçilimin tanımlarını birleştirmek için bir çerçeve sağlar", Cronin, Walker ve meslektaşları. yazdı. "Bir nesne ne kadar 'birleştirilmiş' ise, var olması için o kadar fazla seçilim gerekir."

Cronin, "Yaşamın kimyadan nasıl ortaya çıktığını açıklayan bir teori oluşturmaya çalışıyoruz ve bunu titiz, ampirik olarak doğrulanabilir bir şekilde yapıyoruz" dedi.

Hepsine Hükmedecek Tek Bir Ölçü mü?

Krakauer, hem montaj teorisinin hem de yapıcı teorinin, karmaşık nesnelerin nasıl ortaya çıktığı hakkında düşünmek için teşvik edici yeni yollar sunduğunu düşünüyor. "Bu teoriler kimya laboratuvarlarından çok teleskoplara benziyor" dedi. “Bir şeyler yapmamıza değil, bir şeyler görmemize izin veriyorlar. Bu hiç de kötü bir şey değil ve çok güçlü olabilir.”

Ancak, "tüm bilim gibi, kanıtın pudingte olacağı" konusunda uyarıyor.

Bu arada Zenil, Kolmogorov karmaşıklığı gibi zaten önemli bir karmaşıklık ölçütleri listesi verildiğinde, montaj teorisinin yalnızca tekerleği yeniden icat etmek. Marletto aynı fikirde değil. "Etrafta, her biri farklı bir karmaşıklık kavramını yakalayan birkaç karmaşıklık ölçüsü var" dedi. Ancak bu önlemlerin çoğunun gerçek dünya süreçleriyle ilgili olmadığını söyledi. Örneğin, Kolmogorov karmaşıklığı, fizik yasalarının izin verdiği her şeyi bir araya getirebilecek bir tür aygıtı varsayar. Marletto, bunun Olası Meclis'e uygun bir önlem olduğunu, ancak Gözlemlenen Meclis'e uygun olmadığını söyledi. Tersine, montaj teorisi "soyut karmaşıklık kavramlarından ziyade operasyonel olarak tanımlanmış, fiziksel özelliklere odaklandığı için umut verici bir yaklaşım" dedi.

Cronin, bu tür önceki karmaşıklık ölçümlerinde eksik olan şeyin, karmaşık nesnenin geçmişine dair herhangi bir anlam olduğunu söyledi - ölçümler, bir enzim ile rastgele bir polipeptit arasında ayrım yapmıyor.

Cronin ve Walker, montaj teorisinin nihayetinde zamanın doğası ve termodinamiğin ikinci yasasının kökeni gibi fizikteki çok geniş soruları ele alacağını umuyor. Ancak bu hedefler hala uzak. Marletto, "Montaj teorisi programı henüz başlangıç ​​aşamasında," dedi. Teorinin laboratuvarda adımlarını attığını görmeyi umuyor. Ancak vahşi doğada da olabilir - yabancı dünyalarda gerçekleşen gerçeğe yakın süreçlerin avında.