Интересная аналогия живого с обычной каплей (зародышем капл

[EvgenyGR]

Интересная аналогия живого с обычной каплей (зародышем капли).

Вот основные моменты этой аналогии с живой системой. Можно сказать клеткой, но не обязательно, клетка слишком сложно устроена. И так вот основные моменты схожести

1. Капля должна возникнуть сразу как структура.
2. Для появления капли необходимо флуктуация.
3. Капля питается, поедает более холодные молекулы воды и воводит из себя более горячие.
4. капля может размножаться.

Очень было интересно обсудить все по пунктам.

-- Пн ноя 19, 2012 12:51:07 --

Начну постепенно обосновывать пункты. Прежде всего все дальнейшие рассуждения будут строиться в предположении, что у нас есть некий термос с идеально чистым переохлажденным паром.

Из всего мною прочитанного получается, что капля (если нет никаких центров конденсации) не может возникнуть постепенно, она должна появиться сразу и иметь размер больше критического

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9A%D1% ... 1%88%D0%B0

Однако такое спонтанное появление имеет одну проблему, если некоторое количество пара станет жидкостью выделиться не малое количество энергии - теплоты парообразования. Последнее складывается из энергии связей и так называемой работы по распаковке молекул. Поясню последнее. Если мы имеем некий объем жидкости, который превращается в пар, мы наблюдаем как молекулы воды занимавшие совсем ничтожный объем стали занимать объем гораздо большей. Но такой процесс требует работы равной давлению пара, для данных условий умноженный на ту самую разницу объемов (объем полученного пара минус объем изначальной жидкости). Вот если поделить эту работу на число молекул мы и получим работу по распаковке одной молекулы воды.

Энергия парообразования велика и появившаяся капля окажется очень горячей и сразу же испариться. Чтобы этого не произошло, мы вынуждены предположить, что образованию капли предшествует некое событие, а именно в некой небольшой области соберутся преимущественно холодные молекулы воды (с более низкой скорость), т.е. температура этой малой области самопроизвольно понизиться, и именно в этой области капля и образуется. Необходимое отклонение энергии теплового движения в этой малой области легко рассчитать, она как раз и должна быть равна (или больше) теплоты парообразования для массы зародыша капли.

Такое локальное самопроизвольное понижение температуры и есть флуктуация. Можно посчитать ее вероятность, она как раз и будет определяться, в нашем случае, энергией парообразования (энергией флуктуации) сама вероятность буде экспоненциально убывать в зависимости от абсолютной величины энергии (т.е. неважно добавляется или убавляется энергия).

Конечно вероятность такой флуктуации очень мала, но она зависит от нескольких факторов. Первое - очевидно от степени переохлаждения пара, пар можно перехолодить до такой степени, что никакой флуктуации вообще не потребуется. Т.е. чем холоднее пар тем вероятность больше. Второе флуктуация может возникнуть в любом месте пара, и мест таких очень много это тоже серьезно повышает вероятность. И, наконец, нет ничего плохого в малой вероятности появления зародыша капли. Хорошо известно что переохлажденный пар может довольно долго сохраняться в метастабильном состоянии.

[atlakatl]

В теории зарождения жизни из неживой материи используются коацерватные капли, - смесь полимеров, способных адсорбировать в себя одни вещества из внешней среды и выделять другие. Самокопироваться они, конечно, не способны. Но они могут накапливать синтезировать аминокислоты и белки, подготавливая среду для ДНК-жизни.
Как образовалась сама жизнь, пока неясно. Есть несколько теорий. Но даже при современной технологии натурные модели зарождения жизни не получены. Похоже, жизнь гораздо сложнее простой капли.

[EvgenyGR]

atlakatl в сообщении #646532 писал(а):

Похоже, жизнь гораздо сложнее простой капли.

Жизнь конечно сложнее, но если мы хотим понять как она появилась, наверное было бы хорошо найти структуру похожую на живой организм, но очень простую и возникновение которой мы можем легко наблюдать. Похожую в том смысле, что она будет обладать неким набором свойств достаточных для запуска эволюции. Вот этим и интересна капля.

[EvgenyGR]

Чем мне так интересна аналогия с каплей. Она позволяет показать роль случайности в появлении жизни, причем показать это в рамках молекулярно-кинетической теории.

Действительно, если в неком термосе поместить переохлажденный (но не сильно) и идеально чистый пар (без центров конденсации), то перейти в равновесное состояние (часть в жидкой фазе часть в паре) система может только через образование тумана (т.е. через появление зародышей капель). Вероятность возникновения зародышей действительно не велика, что находит свое отражение в метастабильном состоянии переохлажденного пара, в котором система может прибывать достаточно долго (честно говоря я так и не нашел работ где бы исследовалось как реально долго может длиться такое метастабильное состояние). Время перехода системы в равновесное состояние является временем релаксации. Если мы можем оценить время релаксации, то мы можем оценить и время необходимое для свершения маловероятного события – самопроизвольного (флуктуационого) появления капель. А вот тут нас ждет сюрприз. Правдоподобные оценки такого времени можно (на сколько я знаю) получить только если смотреть на эволюцию неравновесной системы, как на случайный процесс (т.е. если в модель изначально включены ветвления процесса). Конечно, это не строго обоснование необходимости случайности, но все же это заставляет задумываться.