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O que é a vida? Por que as células e os átomos não responderam à pergunta.

75 anos após a descrição presciente de Erwin Schrödinger de algo como o DNA, ainda não conhecemos as 'leis da vida'.

Uma renderização 3D de uma célula humana.

Crédito: SciePro via Adobe Stock

Livro de Erwin Schrödinger de 1944 'O que é a vida?' revolucionou a forma como os físicos pensavam sobre as 'leis da vida'. Schrödinger antecipou como o DNA conteria os projetos da vida.
Nos últimos anos, no entanto, surgiu um novo caminho a seguir que contém uma promessa única. Em vez de reduzir a biologia à física, a nova direção iria transformar os dois.
Os cientistas que trabalham em vários domínios agora pensam que entender a vida requer colocar um novo ator no palco e deixá-lo assumir a liderança: o fluxo de em formação.

Em 1944, Erwin Schrödinger já era considerado um dos maiores físicos de sua geração, tendo descoberto a equação mais essencial da física quântica para descrever a realidade em nível atômico. Mas, sendo intelectualmente inquieto, Schrödinger estava pronto para abordar um assunto ainda mais difícil: a natureza dos organismos. O que era, perguntou ele, que torna os sistemas vivos diferentes dos não vivos? Os resultados de seu pensamento tornaram-se um dos livros mais essenciais no emocionante e ainda perigoso território que fica entre a física e a biologia. A pergunta daquele livro também era seu título, ' O que é a vida ? ' . Vale a pena examinar suas idéias agora porque, mais de 75 anos após sua publicação, há novas direções surpreendentes se abrindo em direção a uma resposta que afirma e vai muito além da visão original de Schrödinger.

Esquerda: 'What is Life' por Erwin Schrödinger, Segunda Reimpressão, 1946. À direita: O físico austríaco vencedor do Prêmio Nobel Dr. Erwin Schrödinger discursa na 5ª Conferência Mundial de Energia em Viena, Áustria, 1956.

Crédito: Dan Nguyen via Flickr / Keystone / Hulton Archive / Getty Images

'O que é a vida?' focado na necessidade de encontrar os princípios físicos subjacentes que fazem os sistemas vivos se comportarem de maneira tão diferente. A esperança sempre foi encontrar 'leis da vida' semelhantes às encontradas para as leis fundamentais da natureza em outras áreas da física. Olhando para a vida do ponto de vista dos físicos, Schrödinger viu que uma de suas propriedades mais atraentes era a derrota da onipresente segunda lei da termodinâmica. A segunda lei afirma que a evolução de qualquer sistema físico sempre tende para estados de desordem máxima (ou seja, entropia máxima). Mas, no nível local do corpo de um organismo, a vida consegue criar e manter graus de ordem surpreendentes. Ele vence o caos, pelo menos por um tempo. Assim, de alguma forma, a vida manifestou o que Schrödinger chamou de 'negentropia' ou entropia negativa.

Sendo um dos fundadores da mecânica quântica, que é a ciência do micromundo, Schrödinger também refletiu profundamente sobre a mecânica da vida no nível molecular. Aqui, ele foi presciente, conjeturando a famosa conjectura de que dentro das células deve residir um 'cristal aperiódico' que continha as informações necessárias para transmitir características hereditárias de uma geração para a seguinte, permitindo que a evolução funcione. Por cristal aperiódico, Schrödinger quis dizer uma molécula que tinha uma estrutura estável e regular (isto é, repetível). Se fosse muito regular e repetível, no entanto, você não poderia usá-lo para codificar a estrutura de um organismo vivo. Então, 'aperiódico' significa 'meio que repetindo'. Uma década depois, Francis Crick e James Watson creditaram essa conjectura como sua inspiração para usar os dados de raios-X de Rosalind Franklin para descobrir o DNA como o projeto para a vida.

Então, sim, 'O que é vida?' foi um livro muito, muito importante.

Mas, por mais poderoso que o livro fosse, 75 anos após sua publicação, nenhuma lei física fundamental para a vida jamais foi encontrada. Não há F = ma ou E = mc2 ou mesmo um Equação de Schrödinger para sistemas vivos. Apesar de décadas de pesquisa, os físicos foram incapazes de 'reduzir' totalmente os domínios do biólogo (células e órgãos e ecologias) em domínios próprios (átomos e energia e forças). Nos últimos anos, no entanto, surgiu um novo caminho a seguir que contém uma promessa única. Em vez de reduzir a biologia à física, a nova direção iria transformar os dois.

O foco em redes de fluxos de informação significa que suas leis podem ser emergente. As leis da vida não seriam, portanto, codificadas nas leis dos quarks.

O que se tornou claro para cientistas como Paul Davies , Sara Walker , e Lee Cronin , que estão trabalhando em vários domínios, é que entender a vida requer colocar um novo ator no palco e deixá-lo assumir a liderança. Esse ator é em formação . Em vez de se concentrar na mecânica da vida - ou seja, como as leis dos átomos podem ser construídas em um organismo vivo - os pesquisadores estão começando a ver que o que realmente importa é como os átomos e as moléculas se tornam conduítes para fluxos complexos de informação. Em vez de apenas pensar sobre forças ou trocas de energia entre partes moleculares, a chave passa a ser ver o todo; vendo como essas partes podem ser vistas como algo mais, algo que só surge quando a informação se torna importante para um sistema.

Por que essa nova perspectiva é tão radical? O mais importante é que não é redutor. Isso significa que não reduz a vida a 'apenas' as leis que governam os quarks ou o que quer que os quarks sejam feitos. Sem dúvida, a vida é um sistema físico, mas ao criar e, em seguida, aproveitar balés intrincados de fluxos de informação, a vida faz algo incrível: cria . O foco em redes de fluxos de informação significa que suas leis podem ser emergente. As leis da vida não seriam, portanto, codificadas nas leis dos quarks. Em vez disso, eles só surgem quando matéria suficiente é reunida nas condições certas para que as redes de fluxos de informação se tornem possíveis. É quando a novidade entra no universo.

A outra consequência radical de ver a vida como uma dança de informações que passeios a questão é que essa emergência continua em escala crescente. Assim como novas regras aparecem para células, também aparecem para coleções de células em animais ou plantas. E, então, regras ainda mais novas aparecem em níveis mais elevados no nível dos ecossistemas compostos de muitos animais e plantas. Em níveis ainda mais elevados, novas leis e estruturas devem emergir na criação de organizações sociais por meio de formigas, tribos de chimpanzés e até mesmo de culturas tecnológicas globais.

Exploraremos muito mais essa perspectiva de fluxo de informações sobre a vida nos próximos meses, mas por enquanto é o suficiente apenas reconhecer um dos principais pontos de partida. 'O que é a vida?' De Schrödinger foi um primeiro passo notável porque ele viu a informação desempenhando um papel central nesses cristais aperiódicos. Mas o que ele não poderia ter visto era como o foco na informação fluxos transformaria não apenas a resposta, mas a própria pergunta que ele colocava. Porque se você vai se concentrar na informação, a próxima questão que você terá que abordar é quem ou o que conhece essa informação. Vamos deixar essa questão para outra hora.