ジェレミー・イングランドとは？その質問には多くの答えがあります。彼は生化学の卒業生で、29 歳のときに物理学の MIT 助教授になりました。彼は叙階されたラビです。彼はホロコースト生存者の孫です。彼は地球上で最初の生命体の子孫です。彼はまた、複雑で生き生きとした振る舞いを示す原子の集合体として説明することもできます。イングランドは自分自身を宇宙の多くのエネルギー散逸者の 1 人であると説明するかもしれません。これは、人類が何千年もの間求めてきた質問に答えるのに役立つ方法のように思われると彼は言います。
この質問とイングランドの答えは、彼の新しい著書 Every Life Is On Fire:How Thermodynamics Explains the Origin of Living Things の基礎となっています。 エネルギーを燃やすことが生命の基本的な活動であるという考えを探ります。しかし、イングランドには語るべき単純できちんとした物語はありません。これは複雑で多層的な問題であり、科学的な問題以上のものとして扱われなければならない、と彼は言います。だからこそ、エヴリ ライフ イズ オン ファイア 大胆にもヘブライ語聖書からアイデアを取り入れ、それらを使って科学を解き明かします。文化的および宗教的伝統は長い間この領域を探求してきたと彼は言い、私たちが最終的にどこから来たのかという問題に関する科学的角度を補完することができます.自分自身を本当に理解したいのなら、科学以上のものを必要とするだろうと彼は示唆しています.
どのようにして物理学と生物学を組み合わせて生命の起源についてのアイデアを思いついたのですか?
シンプルな原理の予測力が好きだったので、私はいつも物理学をやりたいと思っていました。同時に、私は生物学における形態と機能の関係に魅了されました。特に、分子レベルにまで下がったときに、形態と機能がまだそこにあることがわかった場合はなおさらです。私は構造生物学と細胞生物学のウェットラボで働き始めましたが、それがとても苦手でした!学部を卒業する頃には、タンパク質の折り畳みを研究する理論研究室で働いていました。だから、私がこの一連の質問に惹きつけられるのは自然なことだと思います.
生命の厳密な定義を誰も考え出していないことは問題ですか?
あまり。私たちは生命とは何かという概念を理解します。 「魚はそれに属し、木はそれに属しているが、岩はそれに属しておらず、氷はそれに属していないもののカテゴリーがあることを認めさせてください. 」この言葉の開発がどこから来たのかについての科学的血統を実際には持っていないことを認めながら、私たちはこの言葉を使い続けることができます.そして、はい、ウイルスなどのいくつかの困難なケースがあります。しかし、カテゴリを与えられたものとして受け入れて、そのカテゴリ内の興味のあるものの特性をできる限り研究することができます。
クエストの一部には、無生物にも生きているような行動を求めることが含まれますよね?
ある意味、そうです。 Physical Review Lettersに論文がありました 数年前、たくさんのボールとスプリングのシミュレーションについて、揺れるだけで、スプリングがボールに引っかかったり外れたりしていました。次に、バネの 1 つを特定の頻度で小刻みに動かすと、すべてがごちゃごちゃして別の方法で引っ掛かります。これで、ボールを小刻みに動かしている周波数からエネルギーを吸収するのに優れた共振器ができました。周囲からエネルギーをよりよく収穫することを学ぶことは、生きているように聞こえるフィードバックプロセスです。一方で、誰かにそれを持って「この揺れるボールとスプリングの塊を見てください、生きています」と言った場合、彼らはあなたをただ笑うでしょう。当然のことです.
したがって、これが多くの異なる議論がある領域であることは明らかです. 「まあ、人生の根本的なことは、それがXをするということです」と言う人もいるかもしれません。そして、他の誰かが言うかもしれません。私が見つけたのは、これらのプロパティのいずれかに焦点を当てると、常に例と反例を見つけることができるということです.たとえば、自分自身をコピーすることの意味を十分に理解していない場合、拡散する火は自己コピー現象です。しかし、火を生きていると呼ぶことは、その言葉の領域の本当に論争の的となる拡張です.
私たちが人生と呼んでいるのは、これらすべてのさまざまなものをまとめたこの多種多様な束です。あなたは自己複製やエネルギー収穫などに長けています。これらのことをそれぞれ単独で研究すると、それはより原始的な例を持つ物理現象です。しかし、これらの例は、基本原理をよりよく理解するチャンスがある場所です.
生命を理解しようとする多くの物理学者の努力は、エントロピーなどの熱力学から着想を得ているようです。熱力学はまったく別の目的のために開発されたので、私には不快に感じます。熱力学のアプローチに慣れていますか?
歴史的な理由から、エントロピーについて話す必要があります。この用語の使用方法について十分に保守的である場合、それは省略形として依然として有用です。私が今提唱しているのは、物事が起こる確率について語る理論を作ろうとすることです.確かに、何かが起こり得る方法の数を数えているエントロピーは、確率を決定する際の尺度の一部であることは事実ですが、確率に影響を与えるのはそれだけではありません。したがって、エントロピーが増加するかどうかについて話そうとすると、非常に気が散ってしまいます。それについて話すより良い方法は、出発点、システムの駆動方法、およびシステムの変動の原因を考慮して、どのような結果になるかを検討することだと思います。そこではエントロピーが重要な要素の 1 つになりますが、それだけではありません。
あなたは、人生には説明が必要だとおっしゃっていますね。見つけたと思いますか?
私の研究の焦点は、制御と明確に表現できる理論的原則を使用して、実験環境で「リアルさ」と呼ばれるもののさまざまな側面をもたらす能力を開発できるかどうかです。私たちの人生の特定の例がどのようにまとめられたのか正確にはわからないかもしれませんが、一般的には、たくさんのものをどのようにまとめているかがわかり始めます.そのための出発点は、エネルギー ハーベスティング、自己複製などのさまざまな現象に物事を分解することです。それらのそれぞれで、私たちはいくつかの進歩を遂げました。やるべきことはまだありますが、ストーリーがどのようにまとめられるかを確認し始めることができます.
エネルギーハーベスティングはあなたのアイデアの中心です。あなたは、生命の出現の重要な側面は、エネルギーを消散することによって環境に適応する構造にあると示唆しています。詳しく説明していただけますか?
環境の影響下にある物質のコレクションがあると想像してください。環境は本質的に、物質を蹴ったり叩いたりして形状を変化させるエネルギー源です。将来のある時点で、その問題のどの構成が存在する可能性が高いかに興味があります。その可能性は、途中でどれだけの余分なエネルギーが吸収および消散されたかに部分的に依存します.システムの全歴史を通じて、非常に散逸的な歴史が非常に可能性の高い結果につながるでしょう.
可能性のある結果の例は?
例としては、砂糖を食べる自己複製細菌が挙げられます。砂糖を使用して、自分自身の別のコピーを作成します。今、私はそれらを2つ持っていますが、彼らは砂糖をさらに速く食べ、次に4つ作ると、砂糖をさらに速く食べます.したがって、化学物質の消散はありそうな結果に向かって加速しています。つまり、過去よりも将来のバクテリアが増えるということです。ボールとスプリングも同様に機能します。これは、物質の組み合わせで空間を探索する正のフィードバック プロセスです。エネルギー源があります。そして、システムを通るエネルギーの流れは、より良いエネルギー吸収体を見つけ、それがさらに多くのエネルギーを吸収するのを助け、さらに別のより良いエネルギー吸収状態を見つける正のフィードバック関係につながります.
散逸的適応の一般的な考え方は何ですか?
肯定的なフィードバック プロセスがあります。私が特定の場所にたどり着くのは、過去にエネルギーを吸収するのに適した状態にあり、元に戻すことができない特定の方向に不可逆的に運ばれたためです。それはその痕跡を残しました。したがって、散逸的適応の一般的な考え方は、システムの現在の状態が、多くのエネルギーを吸収するために過去にどのように特別な状態にならなければならなかったかという特徴を保持しているということです。それは、結果的に自分の形を変えるのに役立ちました。時間の経過とともにエネルギー吸収が増加することもあれば、時間の経過とともにエネルギー吸収が消滅することもあります。そして、これらはどちらも、生き生きとした行動のさまざまな側面である非常に目立つ指紋を残す可能性があります.
生物実験でこれを確認できますか?
私はこれらのアイデアを生きた細胞のようなものに厳密に適用することはまだできていません.もちろん実験ではなく、理論モデルでも適用できません.生物学的な文脈で物事を成し遂げようとするのは、はるかに厄介で複雑です。しかし、そのような実験を行うのはそう遠くないと思います。通常、私が生物学者に生きている細胞を見せて、「ほら、環境が行っていることに非常に賢く反応しているこのように振る舞っている」と言うと、デフォルトの仮定は「まあ、あなたは何かをしている.生物学についてはまだ理解していませんが、それがあなたが見ていることの説明です。」実験の設計は非常に慎重に行う必要があります。
生物学をまだ使用できない場合、これらのアイデアを探求するために何を使用できますか?
たとえば、さまざまな条件下で細胞に自己組織化する膜のない液滴があります。それらは、細胞がさまざまな機能的ニーズに対応するのを助けるために、非常に柔軟で柔軟な特性を持っているようです.生物学者は、「ああ、それは自然選択の長い年月から生まれたこれらの進化した能力のすべてを持っており、それが行うことをますます良くしている」と言うかもしれません.しかし、このようなすべての種類の応答が、過去から学んだかのように、独自の個別のプログラムを持っているとは想像しにくくなっています.生物学的システムにおけるこの種の創発的適応行動に関心を持つ実験生物学者のリストが増えています.
これらの方針に沿って、どのような実験を行っていますか?
私たちは原始的な非生物の例を扱ってきました。私たちが見ている場所は「アクティブマター」と呼ばれています。それには、タンパク質が化学燃料をかみ砕き、互いに結合したり解離したりすることが含まれます。ただし、より大きなオブジェクトでも実行できます。私はジョージア工科大学で共同作業を行っており、ロボットの群れを使ってこれを行っています。また、表面に特殊なコーティングを施した「コロイド粒子」の例もあります。これは、小さな化学ジェット パックのようなものです。そして、彼らはすでに非常に興味深い集団行動を示しています。アクティブマターは素晴らしい実験ベースキャンプです。生きている細胞を理解しようとする必要はありません。他のすべてのものに加えて、有機体のレベルでの自然淘汰のすべての影響があります。より原始的な相互作用するタンパク質のスープのようなものの集団的挙動を研究することができます.
すべての命が燃えている とはいえ、まだ長い間待ち望まれていたライフ ストーリーの起源ではありませんか?
それは本当です:記入すべきことはもっとたくさんあります. この本を読んで、「あなたはさまざまな種類の生命の類似性とそれらがどのように出現するかについて話しましたが、それは同じではありません.私たちが知っているように、人生がどのようにまとめられるかの最初から最後までの完全な物語としてのこと。自己複製子がどのように出現し始めるか、周囲や行動を正確に予測することで環境のパターンに反応する予測メカニズムがどのように出現するかを理解できるかもしれません。そして、おそらくエネルギーハーベスティングは、私たちが理解できる出現の何かです.したがって、それは確かに、プレバイオティクスの状況をどのように想像し、周りに横たわっているもので達成するのが難しいか、または簡単かを考える方法についての私たちの感覚を再調整します.しかし、いや、それは一撃一発の物語を語るのと同じことではありません。説得力があり、テスト可能なストーリーでそのレベルの詳細を探している人は、しばらく待たなければならないと確信しています.歴史からそのような距離でフォレンジックを行うことはかなり困難です.
生命の起源を解明するための次の段階は?
短期的には、適切な種類のパターンに従えば、素朴な物質がコンピューティングと学習の動作を示すことができるというこの考えをどこまで押し進めることができるかということになるでしょう。私は現在、ジョージア工科大学のダン・ゴールドマンやロボットの群れを制御するこの取り組みの一部である他の共同研究者と一緒にそれを行おうとしています。私たちはその限界を押し広げ、その種の効果の発火点を示し、実験室で実験的にテストおよび証明できるものを作成したいと考えています。これにより、物理的な原則が非常に強固な基盤に置かれます。そのようにして印象的な結果を達成できればできるほど、理論のより広い意味を理解し、それを他のものに結び付けるための努力を倍増させることができます.正直に言うと、生命がどのように結びつくかについてどのように話し始めるかというより広い問題は、私が予測するのがより難しいと思うものです:私はそれがどの方向に進むかをまだ理解できるとは主張していません.
あなたの本を特に興味深いものにしているのは、それが完全に科学に焦点を当てているわけではなく、宗教的な物語、特にヘブライ語聖書のモーセの物語を科学的な物語に織り込んでいることです.どうしてそうしたいと思ったのですか?
生命の起源、または生きているものと生きていないものの境界について話すことは、科学的に理解できる狭い領域にはない、より広い問題を伴います。私はそれについて砂の中に頭を突き刺したくありませんでした。科学的に推論すると、物事がどのように機能するかを理解したい.しかし、私は他の興味を持つ人間でもあります。私は敬虔なユダヤ人であり、叙階された正教会のラビであり、これらのことを非常に気にかけています。ですから、科学的なアイデアを世に出すのに、これが何を意味するのかについてより多くの視点を含むより大きな会話について自分のコメントをしないのは、ばかげていると思います。この本を書こうと決めたとき、トーラーを調べて、自分が科学ですでに考えていることに対応する解説を見つけられるかどうかを確かめたいとすぐに気付きました。その観点から生命と非生命の境界を熟考することは確かに可能であると私は考えており、テキストは明らかにそのような熟考を含んでいると私は主張します.
自分自身を理解するために、これらのさまざまな視点をすべて含めることが重要だと思いますか?
過去に何が起こったのかという問題は、安易な問題ではないことは明らかです。人々が歴史についてどのように議論するか、そして非常に感情的な論争の中で、人々は先史時代や宇宙論について持つことになることがわかります.最終的に、これはトーラーから学んだことですが、あなたが過去をどのように説明するかは、イデオロギー的に中立ではありません。私たちが誰であり、どこから来たのかについて話す方法は、人々にとって重要です。それは、一部の人々を力強くし、他の人に特定のことをするよう説得できるようにするためです.したがって、過去について話すために必要な意味の枠組みを排除したくないのは確かです。基本的な分野や前生物的化学反応などの概念を含む枠組みを単に持つことはできません.
基礎物理学者は、私たちが終わったときにその考えを思いつくと思うことがあります。文字列についてだけ話します。それがすべてです。しかし、クーロンの法則とシュレディンガー方程式から始めるだけでは、世界の興味深い現象を説明できないことは既にわかっています。うまくいきません。さまざまな言語が必要です。それらの数を減らそうとするべきではありません。物理学と生物学の違いは、同じ世界について話すための言語が異なることです。他のすべての言語に取って代わる、または取り込んでしまう言語を 1 つ探しようとするのは誤りです。私が人について話し、それらを原子の集まりとして見ることができるという事実は、その人を経済の参加者、道徳的存在、または関係の参加者として話すこともできるという事実に取って代わるべきではありません.これらの他の意味のフレームワークは重要であり、それらをつかみ、保持し、主張する必要があります.
私たちの起源にまつわる問題を解決することよりも、それに取り組むことの方が重要ですか?
これは、使い尽くすことを望んでいるはずの会話ではありません。私たちがそれを整理したと思っている人は、何らかの形で間違った方向に進んでいます。人々は敬意を持って、知的な誠実さを持って、さまざまな言語で話し続け、それらの言語を順番に共有する必要があります。それが私たちの理解を深める方法です。
マイケル・ブルックスは博士号を取得しています。物理学の博士号を持ち、 の著者でもあります 量子占星術師のハンドブック。
Jeremy England 著の「Why Physics Can't Tell Us What Life Is」もこの号でお読みください。
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