Si la evolución surge de mutaciones aleatorias, ¿de dónde proviene la nueva información?

Lo que me gustaría ver es la extraña ‘Teoría de la información’ detrás de la pregunta porque parece ser algo completamente diferente a cualquier cosa en la ciencia. Los desafiaría a mostrar sus matemáticas.

Primero, permítanme decir que las personas que apelan al Sol y los ‘sistemas cerrados’ están completamente fuera de lugar. Es completamente irrelevante. Todo lo que has hecho es hacer un sistema más grande.

En segundo lugar, este canard de ‘segunda ley’ no tiene sentido: su congelador disminuye la entropía localizada cuando produce hielo, pero la entropía TOTAL es un aumento neto. El error aquí no está considerando la entropía total. CADA sistema aumenta la entropía total, incluidos los procesos biológicos. Está USANDO la energía para hacer el TRABAJO, esto disminuye la entropía localmente (una copia de su ADN) pero la entropía total aumenta

Algunas definiciones

1. La entropía NO es una medida de “desorden” (una declaración errónea muy común) sino de la dispersión de energía en un sistema (esta dispersión hace que no esté disponible para hacer el trabajo ). La entropía es una medida de la energía en un sistema no disponible para hacer el trabajo.
2. La teoría de Shannon cuantifica el contenido de información de un mensaje, es una medida cuantitativa de la previsibilidad promedio de la ONU , dada por:
   H (X) = -∑ P (x) log₂ [P (x)] P (x) probabilidad X está en el estado x [P log₂ P = 0 donde P = 0] ver: Fundamentos matemáticos de la teoría de la información, Khinchin
3. El ácido desoxirribonucleico (ADN) está compuesto por dos polímeros largos de unidades simples llamadas nucleótidos, con cadenas principales formadas por azúcares de cinco carbonos y grupos fosfato unidos por enlaces éster; unido a cada azúcar hay una de cuatro bases: timina (T), citosina (C), guanina (G) y adenina (A). Un grupo de tres bases, en conjunto, representan un codón (que se asigna a los aminoácidos o codones de control). Es la secuencia de estos codones que componen la mayor parte del contenido ‘informativo’ del ADN.

Ahora echemos un vistazo a las matemáticas.

El patrón de ADN equivale a un alfabeto Shannon de 22 letras (aquí se simplifica ligeramente pero el número de letras es irrelevante). La frecuencia de las letras en este alfabeto no es relevante para la pregunta de contenido de información * relativa * disponible porque estamos haciendo una comparación relativa, pero cambiaría los valores medidos específicos.

La forma más sencilla de trabajar con la ecuación es asumir que todas las letras son igualmente probables (esto no es estrictamente cierto para el ADN, pero es irrelevante ya que solo hace un cambio pequeño y proporcional), con una probabilidad de 1/22 de aparecer:

GCT = 1 letra ‘codón’ con una probabilidad de 1/22

I = – log₂ (1/22) = 4.4594316… bits / letra de codón

A medida que nuestro mensaje se alarga, simplemente aumenta proporcionalmente a la longitud del mensaje:

GCT AAC TTT TGG

I = 4 * (- log₂ (1/22)) = 17.837726… bits

Y ahora si duplica eso:

GCT AAC TTT TGG GCT AAC TTT TGG

I = 8 * (- log₂ (1/22)) = 35.6754529… bits

El contenido de la información aumenta cuando duplica datos (incluso una parte de ellos, porque es proporcional).

En términos prácticos, podemos imaginar un alelo duplicado en un organismo, va a expresar esa proteína a un ritmo mayor que en el organismo progenitor, ese es un cambio claro allí mismo. Luego, cuando uno de estos dos alelos experimenta una mutación, la función original del alelo permanece intacta, y tenemos una nueva proteína que se expresa en el organismo. En ningún sentido posible esto es “información no creciente”.

Puede aumentar el tamaño del alfabeto y ajustar las probabilidades / frecuencias de las letras todo lo que desee (claramente comenzar y detener aparecería con menos frecuencia), pero no cambiará el hecho de que duplicar una parte de los datos producirá un aumento Información total. Tampoco cambiará el efecto relativo de duplicar grandes segmentos del mensaje.

Aunque la información de Shannon disminuye cuanto más restringimos / limitamos el sistema (debido a que las probabilidades del próximo codón se vuelven más seguras), todavía hay un contenido informativo expresado en bits / letra, agregando más letras a un mensaje que ya son miles de millones de letras mucho tiempo no va a tener un gran cambio en las probabilidades, pero aumentará en gran medida el número de codones y aumentará el contenido informativo total.

También puede hacer los cálculos a nivel molecular http://entropysite.oxy.edu/wiki_ …

Ver también:
Teoría de la información de Shannon
La evolución simple de Frank L. Lambert vs termodinámica
Universidad de York: codificación y teoría de la información, serie de videos

Nada en esta pregunta tiene sentido, hace afirmaciones erróneas de principio a fin.

Primero, por supuesto, la evolución no viola la termodinámica más que otros procesos naturales. Lo que impulsa la vida es principalmente la radiación del Sol, y es principalmente el crecimiento celular y la replicación lo que confiere orden a la vida. Se ha estimado que la pequeña contribución que hace algún cambio en el genoma es de 10 ^ -10 de crecimiento.

Segundo, la entropía no requiere que el orden “siempre degenere”. Si los copos de nieve no pudieran crecer, los organismos no podrían crecer, los humanos producirían cosas o los refrigeradores mantendrían las cosas frías. Lo que dice la termodinámica es que la entropía en un sistema cerrado es mucho, mucho más probable que sea constante o creciente que decreciente. Pero, por supuesto, ya que tenemos la vida de conducción del Sol, eso no es una consideración. La entropía se exporta, como calor, del Sol más caliente sobre la Tierra cálida al universo más frío. Como cómo un refrigerador mantiene sus entrañas frescas y ordenadas al exportar calor y entropía a la habitación en la que se encuentra.

Tercero, si bien lo anterior es suficiente para entender por qué la vida y la evolución obedecen a la termodinámica, como deben hacerlo, también es problemático la cuestión de igualar la entropía con el desorden. Además de ser una relación estadística, se sabe que el aumento de la entropía aumenta el orden en sistemas lo suficientemente densos , donde caben más estados ordenados que desordenados. Si bien no se sabe si lo hace en las células, son sistemas densos.

Cuarto, la evolución no “surge” de mutaciones aleatorias. La evolución es el cambio en las poblaciones durante generaciones. Esa variación del genoma aumenta por mecanismos como la mutación aleatoria, la recombinación y la migración, y disminuye por factores como la deriva genética aleatoria, la selección y la endogamia.

Ahora queda una parte sensata de la pregunta, ¿de dónde vienen los rasgos (ordenados)? De la selección. Aquí hay una respuesta de 20 [!] Años del biólogo Richard Dawkins a la misma vieja pregunta confusa, que no importa cuántas veces se responda resurgir una y otra vez:

“… El error genético aleatorio (mutación), la recombinación sexual y la mezcla migratoria, todos proporcionan un amplio campo de variación genética: las alternativas disponibles. La mutación no es un aumento en el contenido de información verdadera, sino lo contrario, ya que la mutación, en la analogía de Shannon, contribuye a aumentar la incertidumbre previa. Pero ahora llegamos a la selección natural, que reduce la “incertidumbre previa” y, por lo tanto, en el sentido de Shannon, aporta información al acervo genético. En cada generación, la selección natural elimina los genes menos exitosos del grupo de genes, por lo que el grupo de genes restante es un subconjunto más estrecho. El estrechamiento es no aleatorio, en la dirección de la mejora, donde la mejora se define, en la forma darwiniana, como una mejora en la aptitud para sobrevivir y reproducirse. Por supuesto, el rango total de variación se vuelve a completar en cada generación por nuevas mutaciones y otros tipos de variación. Pero aún sigue siendo cierto que la selección natural es una reducción de un campo de posibilidades inicialmente más amplio, que incluye la mayoría de las que no tuvieron éxito, a un campo más estrecho de posibilidades exitosas. Esto es análogo a la definición de información con la que comenzamos: la información es lo que permite reducir la incertidumbre previa (el rango inicial de posibilidades) a la certeza posterior (la elección “exitosa” entre las probabilidades anteriores). Según esta analogía, la selección natural es, por definición, un proceso mediante el cual la información se alimenta al acervo genético de la próxima generación.

Si la selección natural alimenta la información en grupos genéticos, ¿de qué se trata la información? Se trata de cómo sobrevivir. Estrictamente se trata de cómo sobrevivir y reproducirse, en las condiciones que prevalecían cuando las generaciones anteriores estaban vivas. … ”

[EL DESAFÍO DE LA INFORMACIÓN Por Richard Dawkins El desafío de la información]

Por lo tanto, sospecho que la pregunta pronto se publicará en Quora nuevamente.

Muchas buenas respuestas, pero las varias que miré no mencionaron estas.

1) La idea de que solo una secuencia de aminoácidos específica es funcional para una proteína está muy lejos.

2) La idea de que las secuencias aleatorias no pueden ser funcionales es incorrecta.

1. La falacia de “una sola secuencia específica”

Demasiados anti-evolucionistas tienen la impresión errónea de que solo 1 secuencia de aminoácidos específica es funcional para una proteína: cambie solo 1 aminoácido, cualquier aminoácido y resultados de muerte. Esto no es asi.

La razón por la que muchos anti-evolucionistas creen esta falsedad es porque se les ha dicho una analogía engañosa, usando el idioma inglés. Las analogías son buenas para comprender los conceptos básicos de algo, pero todas las analogías se descomponen en algún momento. Y las analogías basadas en la especificidad exacta del idioma inglés (por ejemplo, cambiar cualquier letra en “proteína” y la secuencia ya no es válida; la secuencia perdió su función) y las secuencias de ADN / aminoácidos se descomponen inmediatamente.

Aquí hay tres contadores, de muchos, para la falacia de “una secuencia específica”.

A) La proteína codificada por el gen BOULE humano puede sustituir funcionalmente a la proteína defectuosa codificada por un gen Boule defectuoso en las moscas de la fruta, a pesar de que las proteínas de la mosca humana y de la fruta son solo un 30% idénticas.

“ Extendemos el análisis evolutivo de BOULE al nivel de phyla y mostramos que un transgen de BOULE humano puede avanzar la meiosis en moscas mutantes de boule infértiles. Esta es la primera demostración de que un gen reproductor humano puede rescatar defectos reproductivos en una mosca.

…

Human BOULE y fly Boule comparten un 42% de similitud (y un 30% de identidad) en toda la secuencia de proteínas y un 80% de similitud a nivel de aminoácidos en el motivo de unión al ARN “.

(El gen Human BOULE rescata defectos meióticos en moscas infértiles, Eugene Yujun Xu, Douglas F. Lee, Ansgar Klebes, Paul J. Turek, Tom B. Kornberg y Renee A. Reijo Pera, Human Molecular Genetics, (2003) 12 (2 ): 169-175)

B) El gen nematodo gly-2 puede rescatar ratones con un gen ortólogo defectuoso (llamado GlcNac-TV en ratones), a pesar de que las proteínas de las dos especies son solo un 36,7% idénticas.

“ El genoma de Caenorhabditis elegans contiene un solo gen ortólogo, gly-2, que se transcribe y codifica una proteína de membrana tipo II de 669 residuos que es 36.7% idéntica a la GlcNAc-TV de mamífero (Mgat-5). … Concluimos que el gen del gusano es funcionalmente intercambiable con la forma de mamífero.

…

Observamos que el genoma de C. elegans codifica un solo gen, designado gly-2, que es homólogo a las secuencias de TV de GlcNAc de mamífero. En este artículo, establecemos que el ortólogo de nematodos es funcionalmente equivalente al de los mamíferos y que C. elegans es un modelo apropiado para investigar las contribuciones a la aptitud hechas por los N-glucanos ramificados con β6-GlcNAc.

…

La traducción conceptual del marco de lectura abierto [del gen del nematodo] codifica un polipéptido de 669 aminoácidos que es 59.9% similar y 36.7% idéntico al GlcNAc-TV de rata ”.

(El gen Caenorhabditis elegans, gly-2, Can Rescue the N-Acetylglucosaminyltransferase V Mutation of Lec4 Cells, Charles E. Warren, Aldis Krizus, Peter J. Roy, Joseph G. Culott y James W. Dennis, 21 de junio de 2002 The Journal of Biological Chemistry, 277, 22829-22838 )

C) Los promotores pueden conservar la función a pesar de los cambios individuales.

“Presentamos un análisis sistemático de la variación de la expresión génica a nivel de un solo nucleótido en la región reguladora de Saccharomyces cerevisiae GAL1-10. Mutamos exhaustivamente casi todas las bases y medimos la expresión de cada variante con un ensayo sensible de doble indicador. Observamos un cambio de expresión en [solo] el 7% (43/582) de las bases en esta región , la mayoría de las cuales (35/43, 81%) residen en posiciones conservadas “.

Un estudio sistemático de la variación de la expresión génica en la resolución de un solo nucleótido revela roles reguladores generalizados para uAUG, Yue Yun, TM Ayodele Adesanya y Robi D. Mitra, Genome Res. Junio ​​de 2012 22: 1089-1097

2) La falsa creencia de que las secuencias aleatorias no pueden ser funcionales
De hecho, se pueden encontrar muchas secuencias funcionales entre grandes grupos de secuencias aleatorias.

A) Secuencia aleatoria, promotores funcionales

“ Para probar si los promotores pueden evolucionar de novo, reemplazamos el promotor lac de Escherichia coli con varias secuencias aleatorias y desarrollamos las células en presencia de lactosa. Descubrimos que una secuencia aleatoria típica de ~ 100 bases puede imitar al promotor canónico y permitir el crecimiento de la lactosa mediante la adquisición de una sola mutación. Encontramos además que ~ 10% de las secuencias aleatorias podrían servir como promotores activos incluso sin ningún período de adaptación evolutiva. Una distancia tan corta de una secuencia aleatoria a un promotor activo puede mejorar la capacidad de evolución pero también puede conducir a una expresión accidental indeseable “.
Las secuencias aleatorias evolucionan rápidamente hacia los promotores de Novo. Avihu H. Yona, Eric J. Alm, Jeff Gore. doi: Secuencias aleatorias evolucionan rápidamente en promotores de Novo

B) Secuencia aleatoria, ARN funcional o proteínas

“ Aquí, hemos probado esta pregunta sistemáticamente, expresando clones con secuencias aleatorias en Escherichia coli y sometiéndolos a un crecimiento competitivo. Contrariamente a lo esperado, encontramos que las secuencias aleatorias con bioactividad no son raras. En nuestros experimentos encontramos que hasta el 25% de los clones evaluados aumentan la tasa de crecimiento de sus células y hasta el 52% inhiben el crecimiento. La prueba de clones individuales en ensayos de competición confirma su actividad y proporciona una indicación de que su actividad podría ser ejercida por el ARN transcrito o el péptido traducido. Esto sugiere que las partes aleatorias transcritas y traducidas del genoma podrían tener un alto potencial para volverse funcionales. ”
Las secuencias aleatorias son una fuente abundante de ARN o péptidos bioactivos. Rafik Neme, Cristina Amador, Burcin Yildirim, Ellen McConnell y Diethard Tautz. Nature Ecology & Evolution 1, número de artículo: 0127 (2017). Publicado en línea: 24 de abril de 2017 doi: 10.1038 / s41559-017-0127

¿Cómo puede la evolución crear información?

Bueno, si entiendes la teoría de la información, sabes que la cantidad de medición se calcula por su entropía total.

El ADN gana más información a través de la acumulación de entropía a través de procesos que causan duplicaciones, inserciones y mutaciones.

Una parte significativa de los genomas de la mayoría de los organismos es el ADN no codificante, que recientemente pensamos que no tenía una función conocida y a menudo se llamaba ADN basura. Recientemente hemos descubierto que al menos algunos de ellos tienen funciones de señalización y secuenciación, pero gran parte parece ser solo esa información adicional.

“Pero para que el ADN sea leído y aplicado, debe haber un protocolo que defina cómo debe interpretarse. Sin un protocolo, no hay información”.

Correcto, el protocolo es la síntesis de proteínas.

Este es el proceso mediante el cual los segmentos de ADN se codifican en ARN y luego la información codificada (que llamamos genes) es utilizada por el ribosoma para construir proteínas a partir de aminoácidos. Las proteínas son los principales agentes que funcionan dentro de las células de todos los seres vivos.

Biosíntesis de proteínas


Como puede ver en estos maravillosos diagramas tomados de Wikipedia, están sucediendo muchas cosas. Hemos aprendido una enorme cantidad de cómo funciona el ADN en los últimos 20 años, y cuál es su función.

Esa función es codificar la estructura molecular de las proteínas que controlan los procesos que ocurren dentro y entre las células.

Los detalles de su pregunta muestran un concepto erróneo que parece estar muy extendido entre muchas personas, no solo usted. No son las mutaciones aleatorias las que agregan información sobre el medio ambiente a una población biológica, son los eventos de selección.

La información se transfiere del entorno a través del proceso de selección. Funciona así: supongamos que tiene dos individuos, por ejemplo, un conejo blanco preñado y un conejo marrón preñado colocados en el Ártico como ejemplo. A partir de ahora, la población de conejos no tiene información sobre la preferencia de color del Ártico, tiene el mismo número de conejos blancos y marrones. Cuando el conejo marrón muere antes de tener descendencia debido a la mala coincidencia del medio ambiente, la población de conejos ahora obtiene un poco de información de que los conejos blancos son preferidos en el ambiente ártico sobre los marrones. Cada evento de selección (nacimiento de un niño, muerte antes de que ocurra la reproducción) puede inyectar de manera similar un solo bit de información en la población.

Con un ejemplo de población con un promedio de cien millones de individuos, durante un período de tiempo de un millón de generaciones, eso permitiría con una eficacia perfecta insertar un máximo de cien billones de bits de información en el genoma durante ese período de tiempo para esa población. El ADN humano tiene solo alrededor de 6 mil millones de bits de información, por lo que puede ver que el proceso de evolución en realidad no es muy eficiente.

Así es como se transfiere la información del medio ambiente a la población biológica. La siguiente pregunta que debe hacer es cómo comienza la información en el entorno, y eso también es un tipo de selección, aunque no es tan obvio. Primero debe comprender que un conjunto simple (definido por reglas simples) puede contener subconjuntos complejos. Puede aprender esto de algunos ejemplos simples, por ejemplo, el resultado de la Regla 110. Esos subconjuntos complejos se pueden seleccionar mediante un mecanismo de selección como nuestra existencia. De todos los subconjuntos posibles, solo los complejos locales (que contienen la información necesaria para respaldar nuestra evolución) respaldarán nuestra evolución.

En cuanto a cómo la tierra sufre una disminución en la entropía local que aumenta la información útil, funciona así. Puedes pensar en la entropía como desorden. Puede trasladar el trastorno a otra parte, pero requiere trabajo. Si no pudieras trasladar el desorden a otra parte, nunca serías capaz de limpiar tu casa, tu casa continuaría amontonándose con basura y eventualmente tendrás tanta basura que no podrás funcionar. Pero sí limpias tu casa haciendo trabajo para sacar la basura. A eso se refiere la gente cuando te dice que la segunda ley de la termodinámica solo se aplica a un sistema cerrado. En un sistema cerrado no podría tirar la basura. La basura consiste en materia o energía que contiene una entropía relativamente alta.

En el caso de la tierra, el sol realiza este trabajo de tirar la basura. Si miras afuera en un día soleado, verás que el Sol está bombardeando la tierra con fotones de alta energía. Estos fotones en promedio tienen un pico de frecuencia correspondiente a aproximadamente 11000 grados Fahrenheit (en la parte amarilla del espectro correspondiente a la temperatura en la superficie del Sol). La Tierra mantiene una temperatura constante al emitir fotones en el espacio, pero los que la Tierra emite tienen una frecuencia mucho más baja (en la parte infrarroja del espectro) correspondiente a un promedio de la temperatura de la Tierra, que es de aproximadamente 61 grados Fahrenheit. ) y, por supuesto, son mucho más numerosos ya que el calor entrante total y el calor saliente total tienen que coincidir aproximadamente. Cada exceso de fotón que emite la Tierra contiene entropía y así es como se reduce la entropía de la Tierra.

Pregunta originalmente contestada: ¿Por qué vemos una mayor complejidad biológica en el universo (evolución) mientras aumenta la entropía del universo?

Esto se debe a que la entropía (termodinámica) no tiene nada que ver con la “complejidad”: el aumento de la entropía de TD no significa “mayor desorden” (Wikipedia está equivocada ), es una medida de energía disipada (en unidades de julios por grado de Kelvin). La temperatura de su cuerpo es una medida directa de entropía (calor disipado (energía)). Ver Si el universo es entrópico, ¿cómo se formó la vida (o algo así)?

Hay muchas indicaciones claras y obvias de que la evolución tiende hacia una mayor complejidad:

Las formas de vida “simples” ( p . Ej. , Virus, bacterias) y las formas de vida “complejas” han evolucionado durante la misma cantidad de “tiempo” (en la Tierra, aproximadamente 3.800 millones de años). Todas las formas de vida existentes están “igualmente evolucionadas” para adaptarse mejor a sus respectivos nichos ecológicos.

En su blog Do The Math , el profesor Tom Murphy ha escrito un excelente artículo sobre entropía, que todos los fanáticos de “entropía = desorden” deberían leer: La esquiva entropía .

Para obtener una descripción general de “entropía” y (algunas de) sus muchas formas, consulte ¿Cuál es la definición más fácil de “entropía”?

Esa no es una forma adecuada de aplicar la entropía.

El orden natural puede aparecer a partir de mutaciones aleatorias, porque se prueba cada mutación aleatoria.

La lluvia que cae en la ladera de una montaña es aleatoria, sin embargo, eventualmente cortará canales en la roca y el paisaje y formará ríos interconectados que corren hacia el mar. Habrá cascadas en algunos lugares, profundos barrancos en otros, y varias curvas y diferentes corrientes. La lluvia no predetermina el camino que toma o el impacto que tiene en la tierra, pero la combinación de la lluvia en las limitaciones físicas del paisaje, más la gravedad, nos lleva allí.

Luego da la impresión de que esas cascadas, riberas y gargantas han sido diseñadas para transportar el agua. Luego, podría decir, cómo la caída aleatoria del agua, creó estos atributos de un río; incluso podría decir que la entropía exige que el agua no cambie o cree nada, sino que siempre tiende a deslizarse por la montaña en una sábana hasta el fondo.

Pero a eso no se refiere la entropía. Una tubería hecha por el hombre que lleva el agua cuesta abajo sufriría entropía, descomposición, fuga, caída en pedazos y desaparecería, pero cuando la naturaleza lo está haciendo, la forma que toma es la entropía. La menor resistencia para el flujo de esa lluvia aleatoria es lo que “crea” la complejidad. La menor resistencia para una célula autorreplicante es toda la diversidad de la vida.

Todos los evolucionistas no entienden la pregunta: su error está en cómo define la información. Desde el punto de vista de una computadora, el ruido aleatorio es de hecho información densa. Sin embargo, desde un punto de vista humano, una lista de números aleatorios tiene mucha menos información que una lista de números que representan saldos de cuentas bancarias. Un banquero encontraría a este último mucha más información densa. Si creara un sitio web lleno de números aleatorios más grandes que Wikipedia, ¿qué sitio web diría que contiene más información? La teoría de la información diría que el sitio tiene números aleatorios. Para un humano, sin embargo, la información es lo contrario de la entropía. Tiene significado y propósito y, por lo tanto, es un atributo claramente humano y requiere inteligencia para reconocerlo. Usando esta definición de información, una semilla contiene toda la información necesaria para crear un árbol. No se crea nueva información cuando un óvulo se encuentra con un espermatozoide. Según la teoría del diseño inteligente: “La información en un sistema cerrado tenderá a disminuir con el tiempo. La información puede transferirse de un sistema a otro, pero solo puede aumentar en un sistema aislado a través de la acción de una agencia inteligente ”. Decir que este tipo de información proviene del sol o del medio ambiente no tiene ningún sentido. Es como decir que los programas de computadora provienen de errores de bits aleatorios que interactúan con Internet.

Otras respuestas han entrado en mucho más detalle de lo que podría hacer sin unos días y un uso extenso de Google. Pero podría ofrecer una simplificación útil.

El ADN, junto con todas las secuencias que contiene, es solo una molécula. Es una molécula muy interesante, pero sigue siendo solo una molécula. Contiene “información” solo en la medida en que nosotros, los humanos, elegimos ver las secuencias de pares de bases como información. (Las características de la superficie de la tierra también pueden verse como información, pero eso no tiene que venir de ningún lado, es solo lo que viene de la erosión).

Imagine que tiene una razón para hacer un seguimiento del tamaño de los granos de arena. Los que estaban por debajo de cierto tamaño eran una clase (llámelo valor 0) y los de arriba eran otra (llámelos valor 1). Si dejara un trozo de cinta adhesiva en una tormenta de arena para recolectar granos, constituiría información que podría analizar. Cuanto más larga sea la longitud de la cinta, más información. Pero no habría venido de otro lado que no fuera el viento.

La vida es un ejemplo de un sistema disipativo. Estos sistemas (que también incluyen fenómenos como los huracanes) utilizan un aumento de la entropía en otros lugares (el sol interactúa con las plantas, la destrucción de las plantas y animales que comemos, etc.) para mantener su propio sistema. En consecuencia, mientras los seres vivos PARECEN violar la termodinámica, esto no es cierto.

La evolución también funciona podando la mayoría de los cambios (es decir, la mayoría de las mutaciones son mortales; los bebés que nacen muertos a menudo tienen anomalías, etc.) Como puede ver, incluye muchos intentos fallidos. Las aparentes violaciones son ilusorias. La evolución tampoco necesariamente aumenta la complejidad. Los virus pueden considerarse más simples de lo que evolucionaron, mientras que nuestros genomas que contienen genes redundantes, inactivos (y a menudo rotos) pueden considerarse desorganizados.

Su concepto de entropía y la segunda ley son incompletos y, por lo tanto, erróneos. Si su concepto de entropía fuera correcto, sería imposible que un óvulo fertilizado unicelular se convierta en un ser humano completo u otro organismo. ¿Cómo puede un cigoto convertirse en humano? Porque no es un sistema cerrado. ¿Cómo puede la vida en la tierra desarrollar su diversidad mediante la evolución? Porque la tierra no es un sistema cerrado. La segunda ley y la entropía no son más obstáculos para la evolución que para el desarrollo embrionario de un organismo.

¿Cómo pueden las mutaciones aleatorias agregar información al ADN? Bueno, por sí mismos, no pueden. Si una mutación cambia una secuencia de nucleótidos de ADN de ATG G CATTA … a ATG C CATTA …, eso no ha agregado nueva información. Lo que sí agrega nueva información es mutación + selección. La mutación creará nuevas variedades de proteínas. La selección natural elimina los que no funcionan (que dan como resultado organismos defectuosos o menos fecundidad) y perpetúa (a través de la herencia) aquellos que sí funcionan para aumentar la fecundidad.

Por lo tanto, con el tiempo, el ADN de una especie llega a contener nueva información: un registro del código para proteínas de funcionalidad superior, de cosas que han funcionado bien en el pasado para esta especie. Entonces la mutación solo produce variedad; pruebas de selección natural y pantallas de la variedad de funcionalidad; y el ADN heredado lleva un registro de esas variedades que resultaron útiles.

Esa es una pregunta extremadamente interesante.

Para responderlo completamente podría requerir una revisión exhaustiva de nuestro concepto de información. Es un tema complicado que puede abordarse desde varios ángulos.

En mis propios escritos, trato principalmente de subrayar la estrecha asociación entre la información y la complejidad. De hecho, estoy tentado a proponer que son aspectos del mismo fenómeno.

Probaré un enfoque dialéctico que puede darte una idea de dónde vengo:

¿Diría que un caracol tiene un mayor contenido de información que una bacteria?

¿Diría que una serpiente tiene un mayor contenido de información que un caracol?

¿Diría que un humano tiene un mayor contenido de información que una serpiente?

Ciertamente, en cada caso la complejidad de este último es mayor que la primera. Teniendo en cuenta que el contenido de información intrínseca de cada uno solo puede interpretarse como la cantidad de información requerida para describir completamente la geometría y la química de cada organismo, ¿entonces seguramente hay una correspondencia directa? ¿Uno puede describirse en términos del otro?

Entonces, ¿de dónde viene esta información? O, de manera equivalente, ¿de dónde viene el aumento de la complejidad ? Esta última es una pregunta que, a la luz de nuestro conocimiento de la evolución biológica, ahora podemos responder con confianza: ¡Principalmente a partir de la rectificación de entradas (mutaciones) en gran medida aleatorias por selección natural!

Es una realidad observada que la complejidad intrincada de la red biosférica aumenta marcada y consistentemente con el tiempo y que, al contrario del mito y el agitado movimiento de manos que prevalece en algunos círculos científicos, la evolución biológica es, en general, altamente direccional.

De hecho, esta realidad no se limita en modo alguno a la fase biológica. Esto es solo una parte de un continuo evolutivo más amplio que se remonta al menos hasta la formación de elementos químicos en las primeras estrellas, y que incluye la evolución de la tecnología en la imaginación compartida de los simios sin hocico.

Su invocación tácita de la segunda ley de la termodinámica no es válida aquí, por cierto, ya que esto se aplica solo a procesos espontáneos . El proceso evolutivo que estamos viendo es, en contraste, un proceso de impulso . Impulsado, al menos desde la era pre-estellífera, por gravitación.

Para una discusión más completa, vea mi último libro “The Intricacy Generator: Pushing Chemistry and Geometry Uphill” . Ahora disponible como 336 páginas en rústica ilustrada de Amazon, etc.

En primer lugar, la evolución no está relacionada con la entropía porque la evolución no es un sistema termodinámico. Esto es un poco como preguntar si la existencia de manzanas y la palabra “gulash” se contradicen entre sí y la respuesta correcta a su pregunta sería la misma.

1. La entropía no es desorden: la entropía puede aumentar mientras que el desorden disminuye. Ellos no son los mismos. La entropía solo cuenta la cantidad de formas en que puede tener una temperatura, volumen, campo magnético, etc. en particular en un sistema termodinámico.
2. La evolución no aumenta el orden de todos modos.
3. No tengo la menor idea de cómo definir el “orden” fuera de algunos contextos físicos muy específicos. Y estoy dispuesto a apostar que tú tampoco. Definir el “desorden” correctamente tampoco es tan fácil, por cierto.
4. Las leyes de la termodinámica se aplican a los sistemas termodinámicos. La secuencia particular de pares de bases en su ADN no es un sistema termodinámico en ese sentido.
5. Una condición necesaria para estar vivo es estar fuera de equilibrio. Para todos los efectos, eso significa que usted es un sistema que aumenta la entropía en otros lugares para mantenerla baja dentro de usted. Lo haces de varias maneras, desde la excreción hasta el mantenimiento de una temperatura corporal superior al medio ambiente. Si hay alguna pregunta física interesante sobre la entropía, este es el único lugar donde existen.
6. El sol proporciona una fuente de energía a la Tierra, lo que significa que todo el ecosistema tampoco está en equilibrio. A esto se refiere la gente cuando dice que la Tierra no es un sistema cerrado. Eventualmente, todo se calmará pero hasta ese día (¿miles de millones de años a partir de ahora?) La energía existe para mantenerte fuera de equilibrio.

Puede, pero la mayoría de los cambios que ve no son información agregada.

Por ejemplo, ¿cómo es que tenemos mucho más desarrollo cerebral que los chimpancés? Un solo gen cambió, no se agregó nada. Que gen El que controla cuando el cráneo se fusiona. En un chimpancé es durante la gestación, en humanos es un proceso lento que termina alrededor de los 21 años. Y el cerebro es libre de seguir expandiéndose y enredarse más durante 21 años y unos meses más que el cerebro de un chimpancé. (Es por eso que es más fácil para un chimpancé, con caderas más estrechas que una mujer, dar a luz: el bebé tiene una cabeza mucho más pequeña. En los humanos, el cráneo en realidad se comprime durante el parto, pero no tan pequeño como el de un chimpancé. )

Así que nada fue ‘agregado’, algo fue cambiado. Lo mismo sucede con una mosca con 3 juegos de alas. Uno de los genes que producen la segunda y tercera secciones torácicas del insecto se duplica durante la reproducción (por una de muchas razones), por lo que ahora hay una tercera sección torácica con alas. No se agregó nada: las secciones torácicas tercera y cuarta son iguales, ambas tienen alas, al igual que lo que hubiera sido la cuarta sección, pero ahora es la quinta sección.

Se pueden agregar cosas: los creacionistas afirman que violaría la Segunda Ley de la Termodinámica, pero la Tierra no es un sistema cerrado, por lo que, si bien alguna criatura agrega información genética, la entropía del sol aumenta, es decir, “fuera del sistema cerrado de la Tierra” , el sol. El SLoT se refiere a sistemas cerrados, no a todo.

¿Cómo agrega información en cada caso? Eso probablemente tomaría más que un libro grande, tomaría una biblioteca de tales libros.

Las mutaciones son bastante aleatorias, pero la selección natural no lo es. La naturaleza elige lo que es útil y descarta el resto. Muchas mutaciones aburridas y malas no lo hacen.

¿Alguna vez has escrito una melodía para una canción? Una forma de hacerlo es cantar una diversidad de fragmentos de melodías y tirar los que no te gustan. Luego enganche los fragmentos que encajan entre sí.

Puede surgir nueva información de modificaciones ligeramente aleatorias … si tiene un buen editor. La naturaleza hace la edición.

La nueva información proviene de la selección. Seleccionar buenas combinaciones de entradas aleatorias crea información. O, tal vez, podría decir que la información se transfiere del medio ambiente al genoma.

La segunda ley de la termodinámica no se viola porque la energía fluye continuamente. Principalmente, del sol. Si saliera el sol, la evolución se detendría (porque la vida se detendría).

El concepto de entropía solo se aplica a un sistema cerrado. Al considerar la evolución, para cerrar el sistema debe incluir el sol. El aumento de entropía representado por la fusión del hidrógeno del sol supera enormemente cualquier aumento local en la Tierra.

Del sol.

* La evolución y la vida en la tierra solo ocurren debido a un abundante suministro de energía que se derrama diariamente.
* El sol solo puede sostenerse proporcionando este abundante flujo de energía porque está muy fuera de equilibrio (con un suministro abundante de combustible nuclear de hidrógeno para durar unos cuantos miles de millones más).
* Es el uso de este combustible, y la restauración del rincón del sol del universo al equilibrio térmico, lo que proporciona el impulso para la evolución en la tierra, como un alejamiento temporal de un depósito de energía en forma de estructura organizada (finalmente para ser demolido, también, en el día del juicio final, hacia la muerte por calor del universo).
* El Demonio de Maxwell nos dice que cualquier información de ganancia debe ir acompañada de un gasto de energía de al menos E = SkTln2 (donde S es el número de bits de información, k es la constante de Boltzmann y T es la temperatura). En realidad, la salida del sol eclipsa completamente esto.

Lo que está describiendo es el dilema de intentar aplicar modelos físicos a los sistemas biológicos. Esto se llama “reduccionismo”. La entropía se limita a los sistemas no biológicos. Los sistemas biológicos aumentan en complejidad. La evolución es un proceso que opera dentro de los sistemas biológicos que se refiere a aumentos en la complejidad: la construcción de la complejidad simple a la organizada durante milenios. Niveles biológicos de organización

La mayoría de los sistemas humanos se basan en modelos de complejidad creciente, no entropía.

No. Antes de hablar de biología, aquí hay un ejemplo más simple: congelación de agua. El hielo se forma naturalmente y eso reduce la entropía del agua. ¿Cómo puede disminuir la entropía? Puede hacerlo en una región siempre que la entropía total aumente o, como máximo, permanezca sin cambios. La congelación ocurre como resultado de la evaporación-enfriamiento y la radiación de calor y eso agrega más entropía que la cantidad reducida en hielo.

Podemos argumentar que la vida evolucionada tiene una disposición molecular compleja que está integrada para un propósito y que es una reducción en la entropía, pero la cantidad de entropía aumentada que rodea a los objetos vivos que queman energía como parte de su metabolismo excede por mucho su entropía reducida.