Учени и философи откриха липсващ еволюционен закон на природата

В научното списание Proceedings of the National Academy of Sciences бе публикувана статия, в която се описва „липсващ природен закон“, който за първи път признава важна норма в работата на света на природата. Същността на новия закон се състои в това, че сложните природни системи еволюират към състояния на по-голям порядък, разнообразие и сложност. С други думи, еволюцията не се ограничава само до живота на Земята; тя се случва и в други сложни системи – от планети и звезди до атоми, минерали и др.

Статията е написана от екип от девет представители – водещи учени от Института за наука „Карнеги“, Калифорнийския технологичен институт (Калтех) и университета „Корнел“, както и философи от университета в Колорадо. Работата е финансирана от фондация „Джон Темпълтън“.

„Макроскопичните“ природни закони описват и обясняват явленията, които наблюдаваме всеки ден в естествения свят. Природните закони, свързани със силите и движението, гравитацията, електромагнетизма и енергията, например, са описани преди повече от 150 години. В новия научен труд е представено едно съвременно допълнение – макроскопичен закон, който признава еволюцията като обща характеристика на сложните системи на природния свят, които се характеризират по следния начин:

• Те са съставени от много различни компоненти, като атоми, молекули или клетки, които могат да бъдат подреждани и пренареждани многократно
• Те са обект на естествени процеси, които създават безброй различни конфигурации
• Само малка част от всички тези конфигурации оцеляват в процеса, наречен „подбор по функциите“.

Създателите на „Закона за нарастващата функционална информация“ твърдят, че една система ще еволюира, „ако много различни конфигурации на системата са подложени на селекция по отношение на една или повече функции“.

„Важен компонент на този предложен природен закон е идеята за „подбор по функция“,“ казва астробиологът от Института Карнеги д-р Майкъл Л. Уонг, първи автор на изследването.

В случая с биологията Дарвин по принцип отъждествява функцията с оцеляването – способността да се живее достатъчно дълго, за да се създаде плодовито потомство. Новото изследване разширява тази перспектива, като отбелязва, че в природата има поне три вида функции.

Най-основната функция е стабилността – стабилните конфигурации на атомите или молекулите се отсяват, за да продължат да съществуват.

Динамичните системи с постоянни източници на енергия също се селектират за запазване.

Пример за такава динамична система е Земята, която се е развивала в продължение на 4,5 милиарда години под влиянието на геоложки процеси като вулканизъм, тектоника на плочите и въглеродни цикли. Тези процеси са довели до образуването на повече от 1500 нови вида минерали, които на свой ред са взаимодействали с живите организми, обогатявайки атмосферата с кислород и увеличавайки биоразнообразието. По този начин биологичната и минералната система са си взаимодействали, за да създадат живота, какъвто го познаваме днес.

Друг пример за динамична система е звездата, която еволюира чрез ядрени реакции, които превръщат леките елементи в тежки. Този процес генерира различни видове радиация и частици, които влияят на околното пространство и планетите. Звездите също могат да променят своята структура и поведение в зависимост от масата, възрастта и околната среда. Така например звездите могат да образуват двойни или множествени системи, да преживеят изригвания или изхвърляния на материя и да еволюират в нови видове астрономически обекти като бели джуджета, неутронни звезди или черни дупки.

Третият вид функция е информацията – способността за съхраняване, предаване и обработка на данни. Информацията може да бъде представена в различни форми, като например физически сигнали, химически съединения или символни кодове. Информацията играе ключова роля в еволюцията на живота на Земята, тъй като определя генетичния код, регулира клетъчните процеси и дава възможност за обмен на информация между организмите. Информацията е важна и за други сложни системи като планети, звезди или атоми, защото определя техните свойства, състояния и взаимодействия. Например информацията определя химичните връзки между атомите, спектралните линии на звездите или гравитационните потенциали на планетите.

Авторите на тази нова научна работа изтъкват, че еволюцията на сложните системи в природата води до увеличаване на функционалната информация – количеството информация, необходимо за описание на функцията на системата. Това означава, че еволюцията създава по-подредени, разнообразни и сложни конфигурации, които са по-подходящи за изпълнение на определени функции. Например еволюцията на живота на Земята е довела до появата на над 8 милиона вида животни и растения, всеки от които има своя уникална роля в екосистемата. Еволюцията на звездите е довела до появата на различни поколения звезди с различен химичен състав и светимост. Еволюцията на атомите е довела до образуването на над 100 елемента от периодичната таблица с различни физични и химични свойства.

Авторите на статията предлагат и математическа формула за изчисляване на функционалната информация във всяка сложна система на природата. Формулата е във вида:

където If е функционалната информация в битове, Nf е броят на системните конфигурации, които изпълняват дадена функция, а N е общият брой на възможните системни конфигурации. Формулата показва, че функционалната информация е толкова по-голяма, колкото по-малко са конфигурациите на системата, способни да изпълнят дадена функция. Например функционалната информация на живота на Земята е висока, защото само малка част от всички възможни комбинации от атоми могат да образуват живи организми.

Авторите на статията се надяват, че работата им ще помогне за обединяването на различни научни дисциплини под обща теория за еволюцията на сложните системи в природата. Те смятат, че откриването на този закон може да има дълбоки философски и практически последици за разбирането на произхода и съдбата на живота във Вселената.

Законите на природата – движение, гравитация, електромагнетизъм, термодинамика – и т.н. кодират общото поведение на различните макроскопични природни системи в пространството и времето.

„Законът за нарастващата функционална информация“ допълва 2-рия закон на термодинамиката, който гласи, че ентропията (безпорядъкът) на една изолирана система се увеличава с течение на времето (а топлината винаги тече от по-топли към по-студени обекти).