Вчені описали ключові процеси еволюції через фундаментальні константи фізики

Науковці з Бостонського університету та Університету Брандейса довели, що ключові характеристики живих організмів можна вивести з констант квантової механіки та термодинаміки. Роботу опубліковано на сервері препринтів arX­iv.

Автори визначають життя як нову форму нерівноважної самоорганізованої матерії, головною властивістю якої є високоточне самовідтворення. Вони виділили три основні параметри: коефіцієнт росту, мінімальний час подвоєння та мінімальне енергоспоживання у стані спокою.

За розрахунками, ідеальний коефіцієнт росту становить приблизно 8×10⁻⁷ г/Дж, однак для вуглецевого життя на Землі він сягає близько 10⁻⁴ г/Дж. Це відповідає даним про земні організми. Мінімальний час подвоєння залежить від доступності енергії: при достатніх ресурсах бактерії можуть подвоюватися за кілька сотень секунд, при дефіциті процес може тривати від кількох днів до сотень років.

Оцінки мінімального енергоспоживання також узгоджуються з виміряними показниками. За моделлю воно становить близько 3×10⁻¹⁵ Вт на клітину, експериментально отримане значення — приблизно 10⁻¹⁶ Вт на клітину. Різницю пояснюють витратами енергії на підтримання іонного балансу, необхідного для збереження відокремленості клітини від довкілля.

Модель підтверджує існування фізичних обмежень для клітинного життя і може стати основою для пошуку інших форм життя у Всесвіті. Вона продовжує ідеї австрійсько-американського фізика Віктора Вайскопфа, який пояснював властивості матерії з перших принципів, але не поширював висновки на живі системи.