Математики: К жизни на Земле привела жёсткая конкуренция

Учёные назвали эту модель бульоном финитарных процессов

Ученые Бристольского университета (Великобритания) с помощью математической модели доказали, что до появления жизни между простыми химическими реакциями существовала конкуренция. Это способствовало аналогу естественного отбора, что позволяло закрепить удачные изменения в макромолекулах и отсеивать вредные. Статья ученых опубликована в Journal of The Royal Society Interface.

Согласно теории немецкого физикохимика Манфреда Эйгена, до появления жизни на Земле существовали так называемые гиперциклы — стабильные химические циклы, состоящие из нескольких групп самовоспроизводящихся макромолекул и обладающие признаками живого.

По мнению ученого, это способствовало появлению крупных органических соединений, которые в ином случае были бы уязвимы к вредным мутациям и исчезли бы. В гиперцикле же дефектные мутанты отсеиваются. Однако при этом неясно, как в гиперциклах, где отсутствовала ДНК или РНК, могла протекать эволюция, которая бы привела к появлению настоящих организмов.

Модель, называемая «бульоном финитарных процессов» (finitary process soup), предполагает существование самоподдерживающихся химических процессов, называемых ɛ-машинами (автоматы). Автомат можно представить в виде канала ввода-вывода: на входе ɛ-машина может включать в себя одно состояние, а на выходе — другое. Всего в исследовании изучалось поведение 15 разновидностей автоматов, взаимодействие между которыми может породить новую ɛ-машину.

Ученые провели компьютерные симуляции нестабильных условий, в которых одни автоматы встречались чаще, чем другие. В каждой такой среде, называемой информационной нишей, содержалось 90 000 ɛ-машин. С течением времени ниша изменялась, поскольку одни автоматы исчезали, заменяясь другими, что порождало своеобразный естественный отбор. Некоторые разновидности ɛ-машин полностью вымирали, однако, в конечном итоге, ниша становилась стабильной, что подразумевала «мирное» сосуществование между автоматами.

Как полагают исследователи, до появления жизни на Земле в водоемах протекали примитивные химические процессы, которые функционировали как ɛ-машины. Результаты исследования показали, что в их «популяции» уже могли протекать эволюционные процессы, необходимые для возникновения таких сложных объектов, как клетки.