Предположим, у вас есть 2+1-мерная вселенная, где физика этой вселенной (мы предположим, что физика вызывает что-то похожее на химию и что нет гравитации, но есть специальная теория относительности) позволяет жизни в форме отдельных клеток существовать. форма. Эта вселенная также будет конечной в пространстве. Не то, чтобы у него был край, а скорее то, что он изгибается сам по себе, образуя сферу в трех измерениях. Масштаб этой сферы будет довольно большим по сравнению с размерами «атомов» этой вселенной, поэтому крупномасштабная положительная кривизна пространства не будет иметь значения в тех масштабах, о которых мы говорим. Мои вопросы можно в основном резюмировать так: «Каковы последствия?» Вот мои вопросы:
Я понимаю, что этот вопрос может быть немного широким, но у меня не так много способов сузить его, потому что он очень теоретический. Тем не менее, ответы, которые я ищу, это такие вещи, как:
Возможно ли, чтобы самовоспроизводящаяся клетка (это означает, что у нее есть мембрана или какая-то форма защиты, у нее есть «струнные молекулы-инструкции» и у нее есть молекулы, как минимум выполняющие эти инструкции) существовать и существовать? работает должным образом?
Да! Помимо примеров клеточных автоматов с радикально другой физикой, на которые ссылаются в других ответах, ДНК уже в значительной степени одномерна, и процесс ее копирования не требует более двух измерений. Двумерная линейная генетическая молекула может воспроизводиться или разрешать себя читать, по существу, идентично трехмерной линейной генетической молекуле — расстегивая молнию посередине и накапливая комплементарные мономеры на открытых краях каждой половины.
Если может (я думаю, что сможет), сможет ли эта клетка эволюционировать?
Эволюция требует только повторения с вариациями. Самовоспроизводящиеся клеточные автоматы, описанные в других ответах, не допускают изменений во время репликации (будучи полностью детерминированными, они не делают ошибок, а если и совершали ошибки, то почти наверняка были бы «фатальными»). Двумерный аналог ДНК, однако, так же подвержен мутациям, как и трехмерная ДНК, и на клеточном уровне для двумерного пола точно так же не существует барьера.
Если эта клетка может эволюционировать, возможна ли многоклеточная жизнь? (например, двуглазые существа, передвигающиеся с помощью ласт и поедающие кусочки съедобного материала челюстями или что-то в этом роде)
Да. Канонический пример такой жизни — ардеанцы из The Planiverse.. Их биология в значительной степени основана на механизмах-молниях, позволяющих проходить материалам между внешним и внутренним (т. е. поеданием и выделением отходов) и между различными частями тела (проталкивание пищи по пищеварительному каналу, перекачивание крови). В результате большинство ардейских существ на самом деле представляют собой две отдельные половины, «склеенные» вместе большую часть времени (в книге есть два исключения, разумные Нсана и их ближайшие родственники, которые выбрасывают отходы через рот). Механизмы застежки-молнии обнаруживаются вплоть до клеточного уровня как часть многослойной клеточной мембраны. Однако лично я нахожу эту конструкцию неправдоподобной на клеточном уровне; транспорт на основе везикул в сочетании с гораздо большим количеством многоядерных «суперклеток» имеющие общую цитоплазму, чем мы привыкли в нашей трехмерной биологии, кажутся гораздо лучшими решениями проблемы транспортировки метаболических материалов на клеточном уровне. Поглощение и изгнание везикул также может быть достойной транспортной стратегией для макромасштабных многоклеточных организмов, но застежки-липучки действительно имеют больше смысла в этом масштабе.
Другая важная проблема, которую необходимо решить сложной животной жизни, — это пересечение сигналов. Нервные сети просто невозможно сделать полностью плоскими. Однако, к счастью, существует умное расположение 3 логических элементов XOR, которое позволяет пересекать сигналы только в двух измерениях, что не должно быть трудным для биологии обнаружить и внедрить в нейроны.
Есть, однако, и другой путь решения проблем кроссовера/переноса, который можно использовать параллельно с уже упомянутыми, а возможно, и вместо них: взаимонеисключающая материя. Твердые материалы в нашей Вселенной принципиально не могут проходить друг через друга из-за принципа запрета Паули; электронные облака отскакивают друг от друга не потому, что они электрически отталкиваются друг от друга (в конце концов, атомы нейтральны), а потому, что несколько фермионов одного типа не могут одновременно занимать одно и то же пространство. Однако измените тип частицы, и исключение больше не будет применяться! (Это одна из причин, почему, например, работает термоядерный синтез, катализируемый мюонами: мюоний не только меньше обычного водорода, но и мюонное облако может проходить прямо через электронное облако без сопротивления.)
Итак, рассмотрим (например) двумерную вселенную с протонами, нейтронами, электронами... и параллелями магнитных монополей для всего этого. Каждый тип материи по-прежнему будет способен взаимодействовать и образовывать (слабые) связи с другими, так что вы сможете образовывать гибридные организмы, состоящие из смеси каждого типа материи (таким образом, полезно есть оба типа материи), но каждый один тип материи также будет полностью способен проходить сквозь другой, поэтому его можно будет ввести через специальные мономатериальные порты, сделанные из дополнительного типа материи. И, конечно же, есть бесчисленное множество других способов изменить материю вашего 2D-мира, чтобы облегчить жизнь — электромагнитная симметрия — лишь один случайный пример.
РЕДАКТИРОВАТЬ: При дальнейшем рассмотрении вы, вероятно, не хотите использовать магматерию в 2D - магнитные поля не взаимно притягиваются в 2D, в отличие от 3D, поэтому магматерия и электроматерия фактически не могут образовывать связанные состояния. Итак, определенно просто используйте это как пример того, что может быть возможно; вам придется придумать другой набор частиц, чтобы идея действительно работала в 2D.
Есть несколько известных простых случаев самовоспроизводящихся паттернов в 2D из « Игры жизни» Конвея , набора правил для вычисления последовательных игровых состояний бесконечной сетки квадратных ячеек, каждая из которых может принимать одно из двух состояний в любой заданный момент времени. момент. Это клеточный автомат, как и среда для универсальных конструкторов фон Неймана, упомянутых в ответе Корта Аммона.
Википедия говорит по этому поводу следующее:
18 мая 2010 г. Эндрю Дж. Уэйд объявил о самоконструирующемся паттерне, получившем название Близнецы, который создает свою копию, уничтожая своего родителя. Этот шаблон повторяется в течение 34 миллионов поколений и использует ленту инструкций, сделанную из планеров, которые колеблются между двумя стабильными конфигурациями, сделанными из конструкционных рычагов Чепмена-Грина. Они, в свою очередь, создают новые копии паттерна и уничтожают предыдущую копию. Близнецы также являются космическим кораблем и фактически первым космическим кораблем, построенным в Игре Жизни, который не является ни ортогональным, ни чисто диагональным (такие корабли называются рыцарскими кораблями).
23 ноября 2013 года Дэйв Грин построил первый репликатор в «Игре жизни» Конвея, который создает полную копию самого себя, включая ленту с инструкциями.
Одна из проблем жизни, подобной нашей, с мембранами и жидкой основой состоит в том, что никакие «туннели» через мембраны не могут существовать без нарушения структурной целостности. Однако есть альтернативные способы проникновения через мембрану: ворота или «молнии», которые могут закрываться и открываться, или образование везикул с последующим растворением мембраны везикул.
Что касается эволюции, то я даже не знаю, как жизнь развилась из неживого в трехмерном мире! В ранних событиях абиогенеза так много неясного, что я не думаю, что вам нужно объяснять это и в вашем мире. После того, как жизнь установлена, кажется естественным думать, что она будет развиваться с течением времени.
Универсальные конструкторы фон Неймана — пример того, как это может работать. Они используют смоделированные автоматы с 29 состояниями, чтобы создать машину, которая может воспроизводить себя. Это не физическое явление, как вы хотите, но его существование математически предполагает, что оно вполне возможно на самом деле.
Побочные эффекты зависят не столько от двумерной природы, сколько от конкретных правил физики, которые вы используете, поэтому трудно сказать что-то наверняка. Тем не менее, есть некоторые интересные случаи, которые обнаруживаются. Во-первых, закон квадрата/куба, ограничивающий размер существ, резко меняется, потому что есть только два измерения.
Также стоит отметить, что хаотические системы из дифференцируемых систем не проявляются до 3-х измерений. Если вам нужно какое-либо хаотическое поведение, оно должно быть либо дискретным (например, клеточные автоматы), либо другим подходом, который не зависит от дифференциальных уравнений. Если вы согласны с теориями Догуласа Хофштадтера из книги «Я — странная петля» , это накладывает существенные ограничения на способность «я» возникать из непрерывных процессов — это должно происходить как побочный эффект дискретных процессов.
На такой планете возможна многоклеточная жизнь. Однако, поскольку он двумерный, он ужасно отличается от жизни на Земле. Здесь я предполагаю, что два измерения - длина и высота.
Существу пришлось бы выбрасывать остатки переваренной пищи через тот же канал, по которому оно ело. То есть у вас не может быть пищеварительного канала, идущего от одного конца животного к другому. Он разделит существо на две части.
Если два таких существа встретятся друг перед другом, они никогда не смогут пересечься . Один должен был перепрыгнуть через другой. Удачи, если два ряда существ встанут друг перед другом...
Если бы у существа было больше одного глаза, их нужно было бы расположить вверх-вниз, потому что бокового измерения даже нет.
Существам нужно было бы только две ноги, чтобы балансировать, вместо 3 или 4.
бог лам
Лорри Лоуренс МакЛарри