Para ilmuwan dan filsuf mengidentifikasi hukum alam evolusioner yang hilang

Makalah diterbitkan di Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional Dia menggambarkan “hukum alam yang hilang,” untuk pertama kalinya mengakui kriteria penting dalam cara kerja alam.

Intinya, undang-undang baru ini menyatakan bahwa sistem alam yang kompleks berkembang menjadi keadaan dengan pola, keragaman, dan kompleksitas yang lebih besar. Dengan kata lain, evolusi tidak terbatas pada kehidupan di Bumi, tetapi juga terjadi pada sistem lain yang sangat kompleks, mulai dari planet dan bintang hingga atom, mineral, dan banyak lagi.

Ini ditulis oleh tim beranggotakan sembilan orang – ilmuwan dari Carnegie Institution for Science, California Institute of Technology (Caltech) dan Cornell University, dan filsuf dari University of Colorado.

Hukum alam “mikroskopis” menggambarkan dan menjelaskan fenomena yang terjadi sehari-hari di alam. Hukum alam tentang gaya dan gerak, gravitasi, elektromagnetisme, dan energi, misalnya, telah dijelaskan lebih dari 150 tahun yang lalu.

Karya baru ini memperkenalkan tambahan terbaru – sebuah hukum mikroskopis yang mengakui evolusi sebagai ciri umum sistem alam yang kompleks, yang ditandai dengan:

• Ia terdiri dari banyak komponen berbeda, seperti atom, molekul, atau sel, yang dapat disusun dan diatur ulang berulang kali
• Mereka tunduk pada proses alami yang menyebabkan terbentuknya berbagai pengaturan berbeda
• Hanya sebagian kecil dari semua formasi ini yang bertahan dalam proses yang disebut “seleksi fungsi”.

Terlepas dari apakah suatu sistem hidup atau tidak, ketika konfigurasi baru berfungsi dengan baik dan fungsinya meningkat, evolusi terjadi.

“Hukum Peningkatan Informasi Fungsional” penulis menyatakan bahwa suatu sistem akan berkembang “jika banyak konfigurasi sistem yang berbeda menjalani seleksi untuk satu atau lebih fungsi.”

“Elemen penting dari hukum alam yang diusulkan ini adalah gagasan ‘seleksi fungsi’,” kata ahli astrobiologi Carnegie Dr. Michael L. Wong, penulis pertama studi tersebut.

Dalam hal biologi, Darwin menyamakan fungsi terutama dengan kelangsungan hidup, yaitu kemampuan untuk hidup cukup lama untuk menghasilkan keturunan yang subur.

Studi baru ini memperluas perspektif ini, menunjukkan bahwa setidaknya ada tiga jenis pekerjaan yang terjadi di alam.

Fungsi utamanya adalah stabilitas, dimana susunan atom atau molekul yang stabil dipilih untuk bertahan. Sistem dinamis dengan pasokan daya yang berkelanjutan juga dipilih untuk kesinambungan.

Fungsi ketiga dan paling menarik adalah “kebaruan” – kecenderungan sistem yang berevolusi untuk mengeksplorasi konfigurasi baru yang terkadang mengarah pada perilaku atau properti baru yang mengejutkan.

Sejarah evolusi kehidupan kaya akan unsur-unsur baru: fotosintesis berevolusi ketika sel tunggal belajar memanfaatkan energi cahaya, kehidupan multiseluler berevolusi ketika sel belajar bekerja sama, dan spesies berevolusi berkat perilaku baru yang berguna seperti berenang, berjalan, terbang, dan berpikir. .

Perkembangan serupa juga terjadi di dunia mineral. Mineral yang lebih tua mewakili susunan atom yang stabil. Mineral primitif ini memberikan landasan bagi generasi mineral masa depan, yang berperan dalam asal mula kehidupan. Evolusi kehidupan dan mineral saling terkait, dan kehidupan menggunakan mineral untuk membuat cangkang, gigi, dan tulang.

Faktanya, mineral bumi, yang awalnya berjumlah sekitar 20 mineral pada awal tata surya kita, kini berjumlah hampir 6.000 mineral yang diketahui saat ini berkat proses fisik, kimia, dan biologi yang lebih kompleks selama 4,5 miliar tahun.

Dalam kasus bintang, makalah ini menunjukkan bahwa hanya dua unsur utama – hidrogen dan helium – yang membentuk bintang pertama tak lama setelah big bang. Bintang-bintang pertama menggunakan hidrogen dan helium untuk membuat sekitar 20 unsur kimia yang lebih berat. Bintang generasi berikutnya mengandalkan keragaman ini untuk menghasilkan hampir 100 item tambahan.

“Charles Darwin dengan fasih menjelaskan cara tumbuhan dan hewan berevolusi melalui seleksi alam, dengan banyak variasi dan sifat individu serta banyak konfigurasi berbeda,” kata rekan penulis Robert M. Hazen dari Carnegie for Science, yang memimpin penelitian.

“Kami berpendapat bahwa teori Darwin hanyalah sebuah kasus yang sangat khusus dan sangat penting dalam fenomena alam yang jauh lebih besar. Gagasan bahwa seleksi fungsi mendorong evolusi juga berlaku pada bintang, atom, logam, dan banyak situasi lain yang secara konseptual setara di mana banyak konfigurasi terjadi. tunduk pada tekanan selektif.”

Rekan penulis sendiri mewakili komposisi interdisipliner yang unik: tiga filsuf sains, dua ahli astrobiologi, seorang ilmuwan data, seorang ahli mineralogi, dan seorang fisikawan teoretis.

“Dalam makalah baru ini, kami membahas evolusi dalam arti luas – perubahan seiring waktu – yang mencakup evolusi Darwin berdasarkan rincian ‘keturunan dengan modifikasi’,” kata Dr Wong.

“Alam semesta menghasilkan kombinasi baru dari atom, molekul, sel, dll. Kombinasi stabil yang dapat terus menghasilkan lebih banyak hal baru ini akan terus berevolusi. Hal ini menjadikan kehidupan sebagai contoh paling nyata dari evolusi, namun evolusi ada di mana-mana.”

Di antara banyak implikasinya, makalah ini menyajikan hal-hal berikut:

1. Pahami bagaimana sistem yang berbeda memiliki tingkat kemampuan yang berbeda-beda untuk terus berkembang. “Potensi kompleksitas” atau “kompleksitas masa depan” telah diusulkan sebagai ukuran seberapa kompleks suatu sistem yang sedang berkembang.
2. Wawasan tentang bagaimana laju evolusi beberapa sistem dapat dipengaruhi secara artifisial. Gagasan informasi fungsional menunjukkan bahwa laju evolusi suatu sistem dapat ditingkatkan setidaknya melalui tiga cara: (1) dengan meningkatkan jumlah dan/atau keragaman faktor yang berinteraksi, (2) dengan meningkatkan jumlah konfigurasi yang berbeda. dari sistem. Sistem; dan/atau (3) dengan meningkatkan tekanan selektif pada sistem (misalnya, dalam sistem kimia dengan lebih seringnya siklus pemanasan/pendinginan atau pembasahan/pengeringan).
3. Pemahaman lebih dalam tentang kekuatan generatif di balik penciptaan dan keberadaan fenomena kompleks di alam semesta, serta peran informasi dalam mendeskripsikannya
4. Memahami kehidupan dalam konteks sistem berkembang kompleks lainnya. Kehidupan mempunyai persamaan konseptual yang sama dengan sistem evolusi kompleks lainnya, namun penulis menunjuk ke arah penelitian di masa depan, menanyakan apakah ada sesuatu yang istimewa tentang bagaimana kehidupan memproses informasi tentang fungsi (lihat juga https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2022.0810).
5. Bantuan dalam mencari kehidupan di tempat lain: Jika garis pemisah antara kehidupan dan non-kehidupan berkaitan dengan pilihan karier, dapatkah kita mengidentifikasi “aturan hidup” yang memungkinkan kita membedakan garis pemisah penting ini dalam penyelidikan astrobiologis? (Lihat juga “Apakah ada kehidupan di Mars? Planet lain? Dengan bantuan kecerdasan buatan, kita mungkin akan segera mengetahuinya”)
6. Pada saat perkembangan sistem kecerdasan buatan semakin mengkhawatirkan, hukum informasi prediktif yang menjadi ciri bagaimana sistem alam dan simbolik berkembang sangat disambut baik.

Hukum alam – gerak, gravitasi, elektromagnetisme, termodinamika – dll. Mencatat perilaku umum berbagai sistem alam makroskopis melintasi ruang dan waktu.

“Hukum peningkatan informasi fungsional” melengkapi hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi (gangguan) sistem terisolasi meningkat seiring waktu (dan panas selalu mengalir dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin).