Consecuencias de un universo bidimensional sobre las células y la vida

¿Es posible que una célula autorreplicante (eso significa que tiene una membrana o alguna forma de protección, tiene "moléculas de instrucción en forma de cuerda" y tiene moléculas para llevar a cabo estas instrucciones como mínimo) para poder existir y funcionar correctamente?

¡Sí! Además de los ejemplos de autómatas celulares de física radicalmente diferente a los que se hace referencia en otras respuestas, el ADN ya es prácticamente unidimensional, y su proceso de copia no necesita más de 2 dimensiones. Una molécula genética lineal en 2D puede replicarse, o permitir que se lea, esencialmente de forma idéntica a una molécula genética lineal en 3D, abriendo la cremallera por la mitad y acumulando monómeros complementarios en los bordes expuestos de cada mitad.

Si puede (creo que podría), ¿esta célula podría evolucionar?

La evolución solo requiere replicación con variación. Los autómatas celulares autorreplicantes descritos en otras respuestas no permiten la variación durante la replicación (al ser completamente deterministas, no cometen errores, y si cometieran errores, casi con seguridad serían "fatales"). Sin embargo, un análogo de ADN 2D sería tan susceptible a la mutación como el ADN 3D, y tampoco existe una barrera para el sexo 2D a nivel celular.

Si esta célula puede evolucionar, ¿es posible la vida multicelular? (por ejemplo, criaturas de 2 ojos que se mueven con aletas y comen trozos de material comestible con mandíbulas o algo así)

Sí. El ejemplo canónico de tal vida son los Ardeans de The Planiverse.. Su biología se basa en gran medida en mecanismos de cremallera para permitir el paso de materiales entre el exterior y el interior (es decir, comer y expulsar desechos) y entre diferentes secciones de sus cuerpos (empujar comida a lo largo del canal alimentario, bombear sangre). Como resultado, la mayoría de las criaturas de Ardean son en realidad dos mitades separadas "pegadas" la mayor parte del tiempo (hay dos excepciones en el libro, el inteligente Nsana y sus parientes más cercanos, que expulsan desechos por la boca). Los mecanismos de cierre de cremallera se encuentran hasta el nivel celular, como parte de una membrana celular de múltiples capas. Personalmente, sin embargo, encuentro que esa construcción es inverosímil a nivel celular; transporte basado en vesículas, combinado con muchas más "supercélulas" multinucleadas compartir un citoplasma común de lo que estamos acostumbrados en nuestra biología 3D, parecen soluciones mucho mejores para el problema del transporte de materiales metabólicos a nivel celular. El engullimiento y expulsión de vesículas también puede ser una estrategia de transporte decente para organismos multicelulares a macroescala, pero los arreglos de velcro/cremallera tienen más sentido a esa escala.

El otro problema importante que tendría que resolver la vida animal compleja es el cruce de señales. Las redes nerviosas simplemente no se pueden hacer completamente planas. Afortunadamente, sin embargo, existe una disposición inteligente de 3 puertas XOR que permite el cruce de señales en solo dos dimensiones, lo que no debería ser difícil de descubrir e implementar en las neuronas para la biología.

Sin embargo, existe otra vía para resolver los problemas de cruce/transporte, que puede explotarse en paralelo con los ya mencionados, o posiblemente en lugar de: materia mutuamente no excluyente. Los materiales sólidos en nuestro universo no pueden atravesarse fundamentalmente debido al principio de exclusión de Pauli; Las nubes de electrones rebotan entre sí no porque se repelan eléctricamente (después de todo, los átomos son neutros), sino porque múltiples fermiones del mismo tipo no pueden ocupar el mismo espacio al mismo tiempo. ¡Sin embargo, cambie el tipo de partícula y la exclusión ya no se aplicará! (Esto es parte de por qué, por ejemplo, funciona la fusión catalizada por muones: el muonio no solo es más pequeño que el hidrógeno normal, sino que una nube de muones puede atravesar una nube de electrones sin resistencia).

Entonces, considere (por ejemplo) un universo 2D con protones, neutrones, electrones... y paralelos monopolares magnéticos para todos ellos. Cada tipo de materia aún podría interactuar y formar enlaces (débiles) con el otro, de modo que podrías formar organismos híbridos compuestos de una mezcla de cada tipo de materia (por lo tanto, es útil comer ambos tipos de materia), pero cada tipo de materia también sería completamente capaz de pasar directamente a través del otro, por lo que puede ser inyectado a través de puertos especiales de un solo material hechos del tipo de materia complementaria. Y, por supuesto, hay innumerables otras formas en que podría modificar la materia de su mundo 2D para hacer la vida más fácil: la simetría electromagnética es solo un ejemplo improvisado.

EDITAR: en una mayor contemplación, probablemente no desee utilizar materia magnética en 2D: los campos magnéticos no son mutuamente atractivos en 2D, a diferencia de 3D, por lo que la materia magnética y la electromateria en realidad no pueden formar estados unidos. Entonces, definitivamente solo use eso como un ejemplo del tipo de cosas que podrían ser posibles; tendrás que idear un conjunto de partículas diferente para que la idea realmente funcione en 2D.

Hay algunos casos simples conocidos de patrones autorreplicantes en 2D del " Juego de la vida de Conway ", un conjunto de reglas para calcular estados de juego sucesivos de una cuadrícula infinita de celdas cuadradas, cada una de las cuales puede tomar uno de dos estados en cualquier momento. momento. Es un autómata celular, al igual que el entorno de los constructores universales de Von Neumann mencionados en la respuesta de Cort Ammon.

Wikipedia dice lo siguiente sobre el tema:

El 18 de mayo de 2010, Andrew J. Wade anunció un patrón de autoconstrucción llamado Géminis que crea una copia de sí mismo mientras destruye a su padre. Este patrón se replica en 34 millones de generaciones y utiliza una cinta de instrucciones hecha de deslizadores que oscilan entre dos configuraciones estables hechas de brazos de construcción Chapman-Greene. Estos, a su vez, crean nuevas copias del patrón y destruyen la copia anterior. Gemini es también una nave espacial y, de hecho, es la primera nave espacial construida en el Juego de la Vida que no es ni ortogonal ni puramente diagonal (estos se llaman barcos de caballeros).

El 23 de noviembre de 2013, Dave Greene construyó el primer replicador en Game of Life de Conway que crea una copia completa de sí mismo, incluida la cinta de instrucciones.

Un desafío para la vida como la nuestra, con membranas y una base líquida, es que no pueden existir "túneles" a través de las membranas sin comprometer la integridad estructural. Sin embargo, existen formas alternativas de hacer que las cosas atraviesen una membrana: puertas o "cremalleras" que pueden cerrarse y abrirse, o formación de vesículas seguida de disolución de la membrana vesicular.

Con respecto a la evolución, ¡ni siquiera sé cómo evolucionó la vida de la no vida en el mundo 3D! Hay tanto que no está claro acerca de los primeros eventos de la abiogénesis que tampoco creo que necesites explicarlo en tu mundo. Después de que se establece la vida, parece natural pensar que evolucionará con el tiempo.

Los constructores universales de Von Neuman son un ejemplo de cómo podría funcionar esto. Utilizan un autómata simulado de 29 estados para crear una máquina que puede replicarse a sí misma. No es físico, como usted quiere, pero su existencia sugiere matemáticamente que es completamente posible que realmente ocurra.

Los efectos secundarios dependen menos de la naturaleza bidimensional y más de las reglas particulares de la física que emplea, por lo que es difícil decir las cosas con seguridad. Sin embargo, hay algunos casos interesantes que aparecen. Por un lado, la ley del cuadrado/cubo que limita el tamaño de las criaturas cambia dramáticamente, porque solo hay 2 dimensiones.

También vale la pena señalar que los sistemas caóticos de los sistemas diferenciables no aparecen hasta en 3 dimensiones. Si desea un comportamiento caótico, debe ser discreto (como un autómata celular) u otro enfoque que no dependa de ecuaciones diferenciales. Si se suscribe a las teorías de Dogulas Hofstadter de I Am a Strange Loop , esto plantea limitaciones significativas en la capacidad del "yo" para surgir de procesos continuos; tendría que ocurrir como un efecto secundario de procesos discretos.

Es posible tener vida multicelular en tal planeta. Sin embargo, dado que es bidimensional, sería terriblemente diferente de la vida en la tierra. Aquí estoy asumiendo que las dos dimensiones son longitud y altura.

• La criatura tendría que expulsar los desechos sobrantes de la comida digerida a través del mismo canal que comió. Es decir, no puede tener un canal digestivo que vaya de un extremo al otro del animal. Dividirá a la criatura en dos partes.

• Si dos de esas criaturas se encontraran una frente a la otra, nunca podrían cruzarse . Uno tendría que saltar sobre el otro. Buena suerte si dos filas de criaturas vienen una frente a la otra...

• Si la criatura tiene más de un ojo, tendrían que estar dispuestos de arriba hacia abajo, porque ni siquiera está presente una dimensión lateral.

• Las criaturas solo necesitarían dos patas para equilibrarse, en lugar de 3 o 4.