Что такое жизнь?

Что такое жизнь? Физический
Аспект живой клетки
	Титульные листы издания 1948 года.
Автор	Эрвин Шрёдингер
Язык	Английский
Жанр	Популярная наука
Издатель	Издательство Кембриджского университета
Дата публикации	1944
Место публикации	Соединенное Королевство (Великобритания)
Тип носителя	Распечатать
Страницы	194 стр.
ISBN	0-521-42708-8
ОКЛК	24503223
Дьюи Десятичный	574/.01 20
Класс ЛК	QH331 .S357 1982 г.

Что такое жизнь? «Физический аспект живой клетки» — научная книга 1944 года, написанная для непрофессионального читателя физиком Эрвином Шрёдингером . Книга была основана на курсе публичных лекций, прочитанных Шредингером в феврале 1943 года под эгидой Дублинского института перспективных исследований , где он был директором отдела теоретической физики, в Тринити-колледже в Дублине . Лекции собрали аудиторию численностью около 400 человек, которых предупредили, «что тема сложна и что лекции нельзя назвать популярными, даже несмотря на то, что самое страшное оружие физиков — математическая дедукция — вряд ли будет использовано». ^{[ 1 ]} Лекция Шрёдингера сосредоточилась на одном важном вопросе: «Как события в пространстве и времени, происходящие внутри пространственной границы живого организма, могут быть объяснены физикой и химией?» ^{[ 1 ]}

В книге Шредингер представил идею «апериодического твердого тела», содержащего генетическую информацию в конфигурации ковалентных химических связей . В 1950-х годах эта идея стимулировала энтузиазм по поводу открытия химической основы генетической наследственности . Хотя существование некоторой формы наследственной информации выдвигалось с 1869 года, ее роль в воспроизводстве и ее спиральная форма были еще неизвестны во время лекции Шредингера. В 1953 году Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик совместно предложили двойной спирали структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) на основе, среди других теоретических открытий, экспериментов по дифракции рентгеновских лучей, проведенных Розалиндой Франклин . Они оба отметили, что книга Шредингера представила раннее теоретическое описание того, как будет работать хранение генетической информации, и каждый независимо признал книгу источником вдохновения для своих первоначальных исследований. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Фон

Книга, опубликованная в 1944 году, основана на лекциях, прочитанных под эгидой Дублинского института перспективных исследований при Тринити-колледже в Дублине в феврале 1943 года, на которых присутствовал Иамон де Валера и его кабинет . ^{[ 4 ]} В то время, хотя было известно, что ДНК является составной частью клеточных ядер, она еще не была с уверенностью идентифицирована как молекулярная основа наследственности, а концепция «молекулы наследственности» была строго теоретической и имела различных кандидатов. Одним из наиболее успешных разделов физики в это время была статистическая физика . Сам Шредингер является одним из отцов-основателей квантовой механики , теории, которая также является очень статистической по своей природе.

Размышления Макса Дельбрюка о физической основе жизни оказали большое влияние на Шрёдингера. ^{[ 5 ]} Однако задолго до публикации книги « Что такое жизнь?» Американский генетик Герман Дж. Мюллер , который позже получил Нобелевскую премию в 1946 году, в своей статье 1922 года «Вариации вследствие изменения индивидуального гена» ^{[ 6 ]} уже изложил все основные свойства «молекулы наследственности» (еще не известной как ДНК), которую Шредингер заново вывел в 1944 году «из первых принципов» в книге « Что такое жизнь?» (включая «апериодичность» молекулы), свойства, которые Мюллер уточнил и дополнительно уточнил в своей статье 1929 года «Ген как основа жизни». ^{[ 7 ]} и в течение 1930-х гг. ^{[ 8 ]} Сам Мюллер написал в письме журналисту в 1960 году: ^{[ нужна ссылка ]} относительно Что такое жизнь? что все, что в книге было правильно о «наследственной молекуле», было опубликовано еще до 1944 года и что предположения Шредингера были лишь неверными предположениями; Мюллер также назвал двух известных генетиков, в том числе Дельбрюка, который знал все соответствующие публикации, опубликованные до 1944 года, и был в контакте со Шредингером до 1944 года. ДНК как молекула наследственности стала выдвигаться на первый план только после экспериментов Освальда Эйвери по бактериальной трансформации, опубликованных в 1944 году; до этих экспериментов наиболее вероятными кандидатами считались белки. ДНК была подтверждена как рассматриваемая молекула Эксперимент Херши-Чейза, проведенный в 1952 году.

Содержание

В главе I Шрёдингер объясняет, что большинство физических законов в большом масштабе возникают из-за хаоса в малом масштабе. Он называет этот принцип «порядком из беспорядка». В качестве примера он упоминает диффузию , которую можно смоделировать как высокоупорядоченный процесс, но которая, тем не менее, вызвана случайным движением атомов или молекул. По мере уменьшения числа атомов поведение системы становится все более случайным. Он утверждает, что жизнь во многом зависит от порядка и что наивный физик может предположить, что главный код живого организма должен состоять из большого количества атомов.

В главах II и III он суммирует все, что было известно в то время о наследственном механизме. Самое главное, он подробно останавливается на роли мутаций в биологической эволюции . Он приходит к выводу, что носитель наследственной информации должен быть небольшим по размеру и постоянным во времени, что противоречит ожиданиям наивного физика. Это противоречие не может быть разрешено классической физикой .

В главе IV Шрёдингер представляет в качестве раствора молекулы , которые действительно стабильны, даже если состоят всего из нескольких атомов. Хотя о существовании молекул было известно давно, их стабильность не могла быть объяснена классической физикой из-за дискретной природы квантовой механики. Более того, мутации напрямую связаны с квантовыми скачками .

В главе V он продолжает объяснять, что настоящие твердые тела , которые также являются постоянными, состоят из высокоупорядоченных кристаллов . Стабильность молекул и кристаллов обусловлена одними и теми же принципами, и молекулу можно назвать «зародышем твердого тела». С другой стороны, аморфное твердое вещество без кристаллической структуры следует рассматривать как жидкость с очень высокой вязкостью . Шредингер пишет, что материалом наследственности, скорее всего, является молекула, которая в отличие от кристалла не повторяется. Он называет это «апериодическим кристаллом». Его апериодическая природа позволяет ему кодировать почти бесконечное количество возможностей с помощью небольшого числа атомов. Наконец он сравнивает эту картину с известными фактами и находит ее в соответствии с ними.

В главе VI Шредингер утверждает:

... живая материя, хотя и не ускользает от «законов физики», установленных на сегодняшний день, вероятно, включает в себя «другие законы физики», до сих пор неизвестные, которые, однако, как только они будут открыты, составят столь же неотъемлемую часть науки, как и прежняя.

Он ожидает, что это утверждение может быть ошибочно понято, и пытается его прояснить. Основным принципом «порядка из беспорядка» является второй закон термодинамики , согласно которому энтропия увеличивается только в закрытой системе (такой как Вселенная). Шрёдингер объясняет, что живое вещество избегает распада до термодинамического равновесия , гомеостатически поддерживая отрицательную энтропию в открытой системе .

В главе VII он утверждает, что «порядок из порядка» не является абсолютно новым явлением в физике; на самом деле все еще проще и правдоподобнее. Но природа следует принципу «порядок из беспорядка», за такими исключениями, как предсказуемое движение небесных тел и поведение механических устройств, таких как часы. Даже на них влияют тепловые силы и силы трения. Степень механического или случайного функционирования системы зависит от температуры. При достаточном нагревании часы превращаются в лужу беспорядочно движущихся молекул. И наоборот, если температура приближается к абсолютному нулю , любая система ведет себя все более механистично. Некоторые системы, такие как часы, приближаются к такому механическому поведению даже при комнатной температуре.

Шредингер завершает эту главу и книгу философскими рассуждениями о детерминизме , свободе воли и тайне человеческого сознания . Он пытается «посмотреть, не можем ли мы сделать правильный непротиворечивый вывод из следующих двух предпосылок: (1) мое тело функционирует как чистый механизм в соответствии с законами природы; и (2) все же я знаю, благодаря неопровержимому прямому опыту, что я управляю его движениями, последствия которых могут быть роковыми и чрезвычайно важными, и в этом случае я чувствую и беру на себя полную ответственность за них. Единственный возможный вывод из этих двух фактов, я думаю, состоит в том, что я. – Я в самом широком смысле этого слова, то есть каждый сознательный ум, который когда-либо говорил или чувствовал «Я» – это личность, если таковая имеется, которая управляет «движением атомов» в соответствии с Законами Природы». Затем Шредингер заявляет, что это понимание не ново и что Упанишады считали это понимание « АТМАН = БРАХМАН » «представляющим квинтэссенцию глубочайшего понимания происходящего в мире». Шрёдингер отвергает идею о том, что источник сознания должен погибнуть вместе с телом, потому что считает эту идею «неприятной». Он также отвергает идею о том, что существует множество бессмертных душ, которые могут существовать без тела, поскольку считает, что сознание, тем не менее, сильно зависит от тела. Шрёдингер пишет, что для примирения этих двух посылок необходимо

«Единственная возможная альтернатива — просто придерживаться непосредственного опыта, что сознание — это единственное число, которому неизвестно множественное число; что существует только одна вещь, а то, что кажется множеством, — это просто серия различных аспектов этой одной вещи. …:

По его словам, любые интуитивные представления о том, что сознание множественно, являются иллюзиями. Шредингер симпатизирует индуистской концепции Брахмана , согласно которой сознание каждого человека является лишь проявлением единого сознания, пронизывающего вселенную , что соответствует индуистской концепции Бога. Шредингер заключает, что «...«Я» - это человек, если таковой имеется, который управляет «движением атомов» в соответствии с Законами Природы». Однако он также квалифицирует этот вывод как «неизбежно субъективный» в его «философских последствиях». В последнем абзаце он указывает, что под «я» подразумевается не совокупность пережитых событий, а «а именно холст, на котором они собраны». Если гипнотизеру удастся стереть все прежние воспоминания, пишет он, потери личного существования не будет — «и никогда не будет». ^{[ 9 ]}

«Парадокс» Шредингера.

Ожидается, что в мире, которым управляет второй закон термодинамики , все изолированные системы приблизятся к состоянию максимального беспорядка или энтропии : необратимому состоянию термодинамического равновесия , когда свободная энергия больше не доступна для совершения работы . Утверждалось, что, поскольку жизнь приближается и поддерживает высокоупорядоченное состояние, она нарушает вышеупомянутый второй закон, подразумевая, что существует парадокс. Однако поскольку биосфера не является изолированной системой, никакого парадокса здесь нет. Увеличение порядка внутри организма с лихвой окупается увеличением беспорядка вне этого организма за счет потери тепла в окружающую среду. Благодаря этому механизму соблюдается второй закон, и жизнь поддерживает высокоупорядоченное состояние, которое она поддерживает, вызывая чистое увеличение беспорядка во Вселенной. Чтобы усложнить жизнь на Земле, как и в случае с жизнью, необходима бесплатная энергия, и в данном случае ее обеспечивает Солнце. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Издания

Эрвин Шредингер (1944), Что такое жизнь? и другие научные очерки . На основе лекций, прочитанных под эгидой Дублинского института перспективных исследований Тринити-колледжа в Дублине в феврале 1943 года. Doubleday (1956) и Интернет-архив.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Маргулис, Линн . И Саган, Дорион . (1995). Что такое жизнь? (стр. 1). Беркли: Издательство Калифорнийского университета.
^ Уотсон, Джеймс Д. (2007), Избегайте скучных людей: (Уроки жизни в науке) , Нью-Йорк: Кнопф, с. 353 , ISBN 978-0-375-41284-4 . На странице 28 подробно описано, как Уотсон осознал значение этого гена.
^ Джулиан Ф. Дерри (2004). «Рецензия на книгу: Что такое жизнь? Эрвин Шрёдингер» . Обзор человеческой природы . Проверено 15 июля 2007 г.
^ «Эрвин Шредингер в Дублине: физик, бабник, беглец» . Ирландские Таймс . Проверено 15 декабря 2022 г.
^ Дронамраджу КР (ноябрь 1999 г.). «Эрвин Шредингер и истоки молекулярной биологии» . Генетика . 153 (3): 1071–6. дои : 10.1093/генетика/153.3.1071 . ПМК 1460808 . ПМИД 10545442 .
^ Мюллер, Герман Йозеф (1922). «Изменение из-за изменения индивидуального гена» (PDF) . Американский натуралист . 56 (642). Проект электронных научных публикаций (1996): 32–50. дои : 10.1086/279846 . S2CID 31573243 . Проверено 3 января 2021 г.
^ Труды Международного конгресса наук о растениях 1 (1929)
^ Шварц, Джеймс (2008). В погоне за Геном. От Дарвина к ДНК . Кембридж: Издательство Гарвардского университета. ISBN 978-0-674-02670-4 .
↑ Шредингер называет «Вечную философию» Олдоса Хаксли «прекрасной книгой», которая соответствует точке зрения, которую он изложил в последней главе.
^ Что такое жизнь? п. 91
^ Закон энтропии и экономический процесс Николас Джорджеску-Роген с. 11

Внешние ссылки

австрийский Центральная библиотека физики Скан названия и первой части содержания
(на итальянском языке) Критический междисциплинарный обзор книги Шрёдингера «Что такое жизнь?»
Влияние Шредингера на биологию

[Margulis-1] Jump up to: ^а ^б Маргулис, Линн . И Саган, Дорион . (1995). Что такое жизнь? (стр. 1). Беркли: Издательство Калифорнийского университета.

[2] Уотсон, Джеймс Д. (2007), Избегайте скучных людей: (Уроки жизни в науке) , Нью-Йорк: Кнопф, с. 353 , ISBN 978-0-375-41284-4 . На странице 28 подробно описано, как Уотсон осознал значение этого гена.

[3] Джулиан Ф. Дерри (2004). «Рецензия на книгу: Что такое жизнь? Эрвин Шрёдингер» . Обзор человеческой природы . Проверено 15 июля 2007 г.

[4] «Эрвин Шредингер в Дублине: физик, бабник, беглец» . Ирландские Таймс . Проверено 15 декабря 2022 г.

[5] Дронамраджу КР (ноябрь 1999 г.). «Эрвин Шредингер и истоки молекулярной биологии» . Генетика . 153 (3): 1071–6. дои : 10.1093/генетика/153.3.1071 . ПМК 1460808 . ПМИД 10545442 .

[6] Мюллер, Герман Йозеф (1922). «Изменение из-за изменения индивидуального гена» (PDF) . Американский натуралист . 56 (642). Проект электронных научных публикаций (1996): 32–50. дои : 10.1086/279846 . S2CID 31573243 . Проверено 3 января 2021 г.

[7] Труды Международного конгресса наук о растениях 1 (1929)

[8] Шварц, Джеймс (2008). В погоне за Геном. От Дарвина к ДНК . Кембридж: Издательство Гарвардского университета. ISBN 978-0-674-02670-4 .

[9] Шредингер называет «Вечную философию» Олдоса Хаксли «прекрасной книгой», которая соответствует точке зрения, которую он изложил в последней главе.

[10] Что такое жизнь? п. 91

[11] Закон энтропии и экономический процесс Николас Джорджеску-Роген с. 11

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

v т и История биологии ( хронология )
Поля, дисциплины	Сельскохозяйственная наука Анатомия Биохимия Биотехнология Ботаника Экология Эволюционная мысль Генетика Геология Иммунология Лекарство Модельные организмы Молекулярная биология Молекулярная эволюция Палеонтология Психология Систематика растений РНК биология Зоология (до 1859 г.) Зоология (с 1859 г.)
Теории, концепции	Микробная теория болезней Центральная догма молекулярной биологии дарвинизм Великая цепочка бытия Иерархия жизни ламаркизм Гипотеза «один ген – один фермент» Протоклетка мир РНК Гипотеза последовательности Спонтанное зарождение
Связанный	История науки Философия биологии Телеология Этноботаника Евгеника Дисгеника История спора о сотворении и эволюции Проект «Геном человека» Гумбольдтова наука Естественная история Натуральная философия Естественное богословие Связь между религией и наукой
Категория