Кооперативные молекулярные сети могли стать искрой жизни на других планетах

Теория эволюции Дарвина, вероятно, не является полным объяснением возникновения жизни. Даже в бесплодной среде, способствующей жесткой конкуренции, кооперация между молекулярными сетями могла породить жизнь на Земле и, как следствие, в других частях Вселенной. Причем молекулярная кооперация может возникать в природе гораздо легче, чем ожидалось.

Эту гипотезу представили в недавно опубликованной статье в журнале Life аспирант Александр Шампань-Руэль и его научный руководитель Поль Шарбонно, профессор физического факультета Монреальского университета.

Цифровая модель на основе теории Дарвина

Исходя из гипотезы, что жизнь зародилась на Земле в сетях самовоспроизводящихся молекул, исследователи создали компьютерные модели различных сред, чтобы наблюдать за развитием взаимодействий, которые могли происходить при возникновении жизни.

В физике широко изучается возникновение сложности, включая формы жизни, и несколько моделей возникновения жизни предполагают некоторую кооперацию между вовлеченными элементами.

Шампань-Руэль и Шарбонно начали с построения модели на основе дилеммы заключенного — сценария из теории игр, используемого во многих научных областях для анализа взаимодействий между «игроками», которые в зависимости от возможной выгоды могут выбирать конкуренцию, «безбилетничество» или кооперацию.

Затем они постепенно включили три основных принципа дарвиновской системы — отбор, наследуемость и изменчивость (или мутацию) — и запустили симуляции на сетке, где «игроки» свободно и многократно взаимодействовали.

Во время симуляций подсчитывались стратегии с наивысшими баллами, которым позволяли распространяться, воссоздавая динамику, которая могла преобладать в пребиотической среде.

Резкое изменение, напоминающее фазовый переход

В ходе взаимодействий Шампань-Руэль обнаружил, что «безбилетники» часто доминировали, что, по его словам, «является известным результатом в эволюционной теории игр для такого типа симуляций». Однако, когда для агентов вводится уровень ошибок, который не только наследуется, но и подвержен мутациям, «кооператоры быстро захватывают систему почти в каждой симуляции».

Как только они помещаются в эволюционную среду, включающую наследуемость и изменчивость, кооперативные агенты процветают — даже в изначально конкурентной среде, подверженной значительным внешним возмущениям.

Внезапный захват системы кооператорами напоминает то, что в физике называют фазовым переходом — внезапной спонтанной реорганизацией системы, как при достижении водой точки кипения.

Модель поддерживает идею, что возникновение жизни могло быть похоже на фазовый переход — гипотезу, уже выдвинутую в научной литературе.

Кооперация в основе жизни на других планетах?

Результаты Шампань-Руэля показывают, что «даже при отсутствии развитых геномов и поведенчески сложных организмов кооперация может не только возникать спонтанно, но и делает это легко и устойчиво».

Если кооперация между молекулами и организмами возникает в природе так легко, это говорит о том, что жизнь может существовать и в неблагоприятных средах и потенциально может быть обнаружена в ближайшем будущем космическим телескопом «Джеймс Уэбб».

Астробиологи не должны игнорировать никакие подсказки, потому что естественная кооперация — а значит, и жизнь — может появиться даже в кажущихся враждебными средах.