В 1943 году Эрвин Шрёдингер прочитал в Дублине лекцию, которая позже стала книгой «Что такое жизнь?». Физик, сбежавший от нацистов, задал вопрос, казавшийся тогда почти неприличным: можно ли объяснить живое законами физики? Он предположил, что наследственность хранится в «апериодическом кристалле» — за десять лет до открытия двойной спирали ДНК. С тех пор биология впитала язык термодинамики и информации, но целостного набора минимальных физических принципов для адаптируемой жизни так и не появилось.
Новая работа предлагает шесть таких принципов. Это не выводы из уравнений, а постулаты: источник энтропии, долговечность информации, быстрый отклик, повторяемость, эффективность и сети взаимодействующих переключателей. Автор не строил моделей и не ставил экспериментов. Он собрал разрозненные наблюдения в единую рамку и проверил, насколько следствия этих принципов согласуются с известными фактами. Жизнь здесь предстаёт оркестром, где каждый музыкант — переключатель, а партитура — поток энтропии.
Источник энтропии проявляется в фотосинтезе и хемосинтезе, где организмы используют внешние градиенты. Долговечность информации видна в иерархии метастабильных состояний: от ДНК с памятью на поколения до синаптической пластичности с памятью на десятилетия. Быстрый отклик обеспечивают белковые конформации и посттрансляционные модификации, которые работают за миллисекунды и минуты, в отличие от медленной регуляции генов. Повторяемость реализуется через циклы АТФаз, ГТФаз, ионных каналов и клеточного деления. Эффективность проявляется в работе ферментов и нейронных кодов, которые оптимизируют соотношение точности и энергозатрат. Наконец, множественные переключатели образуют сети: от генных регуляторных контуров до нейронных ансамблей и экосистем. Все эти мотивы повторяются на разных масштабах, что указывает на их универсальность.
Пока это чистое знание, применений не видно. Рамка может стать основой для будущей количественной теории, но сегодня она служит лишь для систематизации наблюдений. Следующий шаг — перевести качественные принципы в количественные. Для каждого из шести постулатов нужно найти измеримые ограничения: предельное время жизни информации, компромисс между скоростью переключения и энергетической стоимостью, границы сложности сетей, связь между диссипацией и адаптивной производительностью. Если это удастся, рамка превратится из классификации в предсказательную теорию, которую можно проверять экспериментально. Тогда оркестр зазвучит по нотам, которые можно рассчитать.
Шрёдингер в 1943 году назвал предполагаемый носитель наследственности «апериодическим кристаллом» за десять лет до открытия двойной спирали ДНК. Его догадка оказалась точной: информация в ДНК действительно записана нерегулярной последовательностью нуклеотидов, а не периодической решёткой.