Góra strony
Fizyka Życia

Trochę matematyki  Ciekawe dane  Trudność w zrozumieniu ewolucji biologicznej

Pytania podstawowe  Evolution 2.0

Trochę matematyki 

 

 

Informacja zawarta w DNA:

Szacuje się [Źródło], że łańcuch ludzkiego DNA składa się z 3 000 000 000 par zasad azotowych. Mając do dyspozycji 4 zasady azotowe zastanówmy się ile różniących się od siebie łancuchów można stworzyć. Liczba wszystkich ciągów o długości 3 000 000 000 z 4 elementów z możliwością ich powtarzania się jest równa:

43 000 000 000

Bardzo dużo, nieprawdaż? Gdy spróbujemy wykonać to działanie to kalkulator informuje, że wartością jest nieskończoność.

Rzeczywiście, niewyobrażalnie dużo. Żeby policzyć jakiego rzędu wielkości jest to liczba trzeba posłużyć się wzorem:

4x=10xlog4

W wyniku otrzymujemy:

101 806 179 973

Można zatem powiedzieć, że w przybliżeniu możemy mieć do czynienia z następującą liczbą:

102 000 000 000

różniących się od siebie łańcuchów ludzkiego DNA. Oczywiście liczba ta jest zapewne mniejsza, bowiem DNA pogrupowane jest w bloki informacyjne.
&Ciekawą pracą naukową byłoby oszacowanie ile różnych łańcuchów DNA mogłoby w rzeczywistości powstać

 

 

Moc wzrostu wykładniczego:

Zastanówmy się ile bakterii powstałoby w ciągu czterech i pół miliarda lat, przy założeniu, że rozmnażają się one co jeden dzień120? Pierwszego dnia są dwie, drugiego każda z nich się podzieliła, co razem daje cztery, trzeciego osiem… Ogólny wzór znany jest nawet dwunastolatkom: w n-tym dniu ich liczba powinna wynieść dwa do potęgi n-tej. To ile konkretnie powinno ich być, dajmy na to, po 1 642 500 000 000 dniach (4.5 miliarda lat razy 365 dni)? Odpowiedź121 zadziwia i daje do myślenia: 10500 000 000 000! Z tego prostego rachunku wynika, że przy tak określonej rozrodczości (przypomnę – jeden podział na dzień, a bakterie w sprzyjających warunkach – gdy niezbędnych zasobów jest tyle, ile potrzeba – potrafią się mnożyć nawet do siedemdziesięciu razy szybciej) na to, by w ciągu istnienia Ziemi w sposób absolutnie losowy powstał taki, a nie inny łańcuch (deoksy)rybonukleotydów, natura mogła wykorzystać 10500 000 000 000 prób. Te proste rachunki opierają się na założeniu absolutnej losowości, a przecież ewolucja dysponuje dopalaczem122 w postaci doboru naturalnego za pomocą silnej funkcji selekcyjnej! W uzmysłowieniu sobie jak szybko dochodzi do uruchomienia tego dopalacza przeprowadźmy kolejne rachunki:

Masa przeciętnej bakterii szacowana jest na około 1*10-12 grama, a masa Ziemi na 6*1027 grama. Z obliczeń wynika, że wystarczają 133 podziały, by z jednej bakterii powstała kolonia jej potomków przekraczająca masę Ziemi! Oczywiście nie jest to możliwe, bo na Ziemi nie ma aż tylu wolnych zasobów, ale wyobraźmy sobie, że dysponujemy superpożywką o objętości jeziora Bajkał. W tym przypadku do sytuacji, w której namnażającym się bakteriom przyszłoby toczyć bratobójcze walki o zasoby, koniecznych jest około 100 podziałów, czyli gdyby podwajały się one co dwadzieścia minut, to do prawdziwej walki pomiędzy nimi (i tym samym do silnej funkcji selekcyjnej) doszłoby w ciągu niecałych dwóch dni!

Tak więc do stworzenia DNA człowieka proces ewolucji biologicznej mógł wykorzystać około:

10500 000 000 000

powieleń.

 

Jeśli ktoś uzna, że procesy życiowe na Ziemi trwają nie 4.5 mld lat a zaledwie 3.5 mld to szacowana liczba powieleń też jest cyfrą niewyobrażalnie dużą:

10384 565 819 460

 


120 Replikacja na poziomie niższym niż komórkowy musiała przebiegać o wiele szybciej: replikacja DNA w bakterii postępuje z prędkością tysiąca nukleotydów na sekundę! Zatem przy założeniu, że okres replikacji pierwotnych replikatorów wynosił na przykład jedną sekundę, to z jednego replikatora już po zaledwie dwóch dniach powstałoby ich 1052016. Najszybsze organizmy komórkowe w sprzyjających warunkach rozmnażają się co około 20-25 minut.

121 Na kalkulatorze tego wyniku nie można uzyskać w sposób bezpośredni, by go otrzymać, trzeba się ponownie posłużyć sztuczką matematyczną wynikającą z następującego przekształcenia: 2x = 10xlog2, gdzie x jest liczbą dni w roku pomnożoną przez wiek Ziemi, czyli 365 * 4.5 miliarda lat.

122 Dopalacz to urządzenie stosowane w samolotach myśliwskich w celu zwiększenia ciągu silnika turboodrzutowego. Pozwala na przyrost ciągu o kilkadziesiąt procent. Myślę, że określenie charakterystyki dopalacza ewolucyjnego to niezły temat dla całego instytutu naukowego.

 

 

Liczba prób stworzenia ludzkiego DNA:

Żeby odpowiedzieć na teoretyczne pytanie ile prób miała natura by ułożyć taki a nie inny łańcuch ludzkiego DNA musimy podzielić liczbę hipotetycznych powieleń przez liczbę potencjalnych łańcuchów ludzkiego DNA1. Rezultat daje do myślenia:

10498 000 000 000

 


1 Obliczenia tego można dokonać posługując się wzorem:

10a / 10b = 10a-b

 

 

Liczba par zasad azotowych w DNA:

Naukowcy szacują, że w ziemskiej biomasie mamy do czynienia z

5·1037

par zasad azotowych w samym DNA [Źródło].

 

 

Liczba atomów we Wszechświecie:

While a German supercomputer recently ran a simulation and estimated that around 500 billion galaxies exist within range of observation, a more conservative estimate places the number at around 300 billion. Since the number of stars in a galaxy can run up to 400 billion, then the total number of stars may very well be around 1.2×1023 – or just over 100 sextillion.

On average, each star can weigh about 1035 grams. Thus, the total mass would be about 1058 grams (that’s 1.0 x 1052 metric tons). Since each gram of matter is known to have about 1024 protons, or about the same number of hydrogen atoms (since one hydrogen atom has only one proton), then the total number of hydrogen atoms would be roughly 1086. [Źródło]

Tak więc szacowana liczba atomów we Wszechświecie wynosi:

1086

 

 

Dogmat 01: Zdarzenie skrajnie nieprawdopodobne:

Matematycy uważają, że już zdarzenie, którego prawdopodobieństwo wyraża się liczbą

10-50

nigdy nie nastąpi.

Tej matematycznej narracji można przeciwstawić inną, również matematyczną: Jakie jest prawdopodobieństwo trafienia kulą w dany punkt tarczy? Odpowiedź: jak 1 do liczby wszystkich punktów, z których tarcza jest złożona. A jak wiemy punktów tych jest nieskończenie wiele. Prawdopodobieństwo to jest zatem nieskończenie małe. A jednak w jakiś punkt tarczy się trafia.

 

Główne założenie FŻ: CA-01  


 

Ciekawe dane 

 

 

Liczba komórek człowieka:

3.72×1013 "Annals of Human Biology" - 2013 [Źródło]

 

 

 

Ilu podziałom ulega ludzka komórka:

Typowa ludzka komórka od momentu uformowania się w płodzie dzieli się od 50 do 70 razy po czym ulega apoptozie. [Źródło]

 

 

 

Wymiary DNA:

Średnica DNA szacowana jest na 3·10-9m [Źródło]

Długość DNA szacowana jest na 3 m [Źródło]

 

 

 

T e m a t 1:

N

 

Trudność w zrozumieniu ewolucji biol. 

 

Główne założenie FŻ: BE-01  


 

Pytania podstawowe 

 

 

Czy życie zostało stworzone czy samopowstało?:

Najważniejsze koncepcje powstania życia to kreacjonizmem i tak zwane koncepcje naukowe. Kreacjonizm to pogląd, że życie na Ziemi w swojej pierwotnej formie zostało stworzone przez istotę nadprzyrodzoną. Koncepcji naukowych jest natomiast wiele. Ponieważ nie są one spójne to cały czas mamy do czynienia z wieloma hipotezami. Fizyka Życia przychyla się do teorii samopowstania życia z cząstek materii nieożywionej dostępnych na Ziemi i dokładnie opisuje ten proces. Najkrócej można ująć to tak: cząstki chemiczne o pewnych właściwościach fizycznych wygenerowały na zasadzie samowzbudności proces ewolucji biologicznej i wraz z nim stanowią system autodynamiczny, który w kolejnych pokoleniach zmienia te cząstki na coraz bardziej skomplikowane obiekty, a te zwrotnie zmieniają charakterystykę ewolucji biologicznej. System ten, który można określić mianem biosystemu ma charakterystyczną dążność polegającą na "udoskonalaniu" podległych mu obiektów pod kątem celu złożonego, na który składają się pozyskiwanie zasobów i powielanie się. Produktem ubocznym tego doskonalenia jest komplikowanie się mechanizmów ewolucji biologicznej.

Jednak dotąd dopóki nie określimy jednoznacznie w jaki sposób powstała materia nie możemy wykluczyć, że życie nie zostało stworzone. W kreacjoniźmie mamy do czynienia z dwoma głównymi hipotezami. Pierwsza z nich mówi, że życie powstało i jest ciągle sterowane przez czynniki nadprzyrodzone - czyli takie, których nie potrafimy zidentyfikować, druga natomiast, że pewne mechanizmy życia zostały zaprojektowane. Obie hipotezy wynikają z tego, że nauka jeszcze nie ma odpowiedzi na wiele, w gruncie rzeczy, prostych pytań. Na przykład jak to się dzieje, że DNA tak niesamowicie upakowane w jądrze komórkowym w tak niezawodny sposób się powiela? Ponieważ nie mamy żadnych dowodów na to, że na rozwój człowieka od zarodka do postaci dorosłej mają wpływ jakieś zewnętrzne oddziaływania nadprzyrodzone, a wraz z rozwojem nauki mamy coraz więcej dowodów na to, że jest to proces naturalny to pierwszą hipotezę można odrzucić. Natomiast jeśli chodzi o drugą, to w niczym nie przeszkadza ona w dalszym badaniu życia, odkrywaniu praw nim rządzących i ewentualnym zastanawianiu się nad tym co stwórca, projektując życie, miał na myśli.

 

 

Czy życie narusza II Zasadę Termodynamiki?:

Nie narusza jej. Wszystkie bowiem obiekty żywe podlegają procesowi rozkładu, co jest zgodne z II zasadą termodynamiki. Natomiast są one wytworem ewolucji biologicznej, a ta dysponuje charakterystycznym mechanizmem - zapadką ewolucyjną, który w odpowiednich warunkach (patrz) powoduje wzrost uporządkowania obiektów w kolejnych ich pokoleniach.

 

 

Co sprawia, że organizmy wielokomórkowe to systemy perfekcyjnie ze sobą współpracujących komórek?:

De facto DNA jest nie tylko projektem służacym do produkcji cząstek białkowych o danych właściwościach. Ponieważ właściwości te wpływają na zachowanie komórek to DNA można uznać za coś podobnego do programu komputerowego. Programu, w którym zaszyta jest informacja jak komórka ma się budować, jak ma się zmieniać to budowanie się w zależności od zewnętrznych czynników sprawczych wytworzonych przez namnażające się komórki-koleżanki oraz jak komórka ma reagować na bodźce zewnętrzne.

Ta współpraca jest po prostu zaprogramowana w DNA. Doskonały obiekt żywy po zbudowaniu się stopniowo, zgodnie z II zasadą termodynamiki ulega degradacji, stopniowo obniża się również doskonałość współpracy międzykomórkowej.

 

 

Dlaczego bardziej złożone obiekty żywe nie zniszczyły tych mniej złożonych?:

Skoro ewolucja doskonali to dlaczego gatunki "bardziej doskonałe" współistnieją z gatunkami tak mało "doskonałymi" jak bakterie lub wręcz z "tak prymitywnymi" jak wirusy?

 

 

:

 

Ewolucja 2.0 

 

 

Ogólnie:

 

 

 

Strona 257:

N

 

Temat 

 

 

T e m a t 1:

N