Întrebarea cum a apărut viața pe Pământ rămâne una dintre cele mai dificile probleme ale științei. Vorbim nu numai despre biologie sau chimie, ci și matematica este inclusă tot mai mult în ea. Din acest punct de vedere, Varun Varanasi, pe atunci student la Universitatea Yale, a abordat problema.
Interesul său a fost stârnit de un curs despre sisteme complexe predat de geofizicianul June Korenaga. Această idee de student s-a transformat ulterior într-o teză și apoi a devenit baza unui studiu publicat în Physical Review E. Korenaga însuși, profesor de științe pământului și planetare la Yale, a fost coautor.
Cum ar putea apărea „chimia vieții”?
Oamenii de știință văd Pământul timpuriu ca un fel de „supă primordială” – un amestec de molecule care au interacționat treptat unele cu altele. Întrebarea principală: cum ar putea un sistem să iasă din reacții haotice care să se susțină și să se reproducă singur?
Ideea unei „supe primordiale” nu se limitează la Pământ; modele similare sunt luate în considerare în chimia spațială. Cu toate acestea, atunci când se explică originea vieții pe planeta noastră, acest concept este rafinat ținând cont de condițiile locale, unde procesele autocatalitice și ciclurile chimice închise joacă un rol cheie – mecanisme în care produsele de reacție accelerează propria lor formare și mențin lanțuri de interacțiuni.
Potrivit lui Varanasi:
„Munca noastră oferă o modalitate directă de a lega chimia de bază a mediilor prebiotice de apariția spontană a structurilor similare cu organismele vii”.
„Switch-ul” care a lansat rețele complexe
În cadrul modelului, cercetătorii descriu un posibil scenariu în care rețelele chimice auto-susținute nu se formează treptat, ci apar brusc, ca și cum sistemul „s-ar comuta”.
Potrivit acestora, probabilitatea ca astfel de structuri să apară la un moment dat poate crește brusc de la aproape zero la extrem de mare.
Korenaga explică acest lucru:
„Folosind un model matematic bazat pe rețelele Kauffman, lucrarea face o predicție explicită despre când probabilitatea ca aceste structuri asemănătoare vieții să devină extrem de ridicate.”
Rețelele Kaufman și logica sistemelor complexe
Lucrarea se bazează pe așa-numitele rețele Kaufman, sau rețele booleene aleatorii. Acestea sunt modele matematice care descriu modul în care un număr mare de elemente se pot autoorganiza în structuri stabile.
Au fost folosite inițial în biologie pentru a studia rețelele genetice, dar ulterior și-au găsit aplicații în alte domenii, de la economie la teoria sistemelor complexe.
Cercetătorii cred că astfel de modele ajută la conectarea matematicii abstracte cu procesele reale care au loc în natură.
De ce este importantă această muncă
Autorii subliniază că abordarea lor combină diferite domenii științifice – chimie, biofizică și matematică. De asemenea, ajută la furnizarea de noi perspective asupra tranziției de la materia nevii la sistemele vii.
Varanasi notează că experiența educațională a jucat un rol cheie:
„Am fost uimit de cât de mult din complexitatea lumii reale ar putea fi descrisă cu câteva ecuații elegante… Până la sfârșitul studiului, am simțit că am stăpânit un nou mod de a gândi despre lume.”
Varanasi își continuă acum cercetările la Harvard în domeniul biofizicii, dezvoltând abordări pentru studierea originii vieții prin modele matematice.
