🔵پیچیدگی: ورود به دورانی جدید ۲🔵
اولین سوالی که پیش می اید این است که «حیات چیست»؟ تلاش های بسیار برای تعریف حیات و مرزهای غیر مشخص آن ناشی از درک ناقص ما از زیست شناسی نیست بلکه به مشکلی عمیق تر اشاره می کند.
سیاره ما زمین (فعلا) تنها محلی در جهان است که میزبان حیات است. با این حال این تنها حیات نیست که سیاره ی آبی و سبز رنگ ما را از بقیه سیارات جدا می کند بلکه ترکیب بسیار جالب مواد شیمیایی آن، فاصله ی دقیق از خورشید و بقیه پارامتر ها باعث شده است که این کره میزبان دینامیک های پیچیده و عجیبی باشد. به این ترتیب باید دید کلی تری داشت و نه تنها به زیست کره (biosphere) یعنی تمام آنچه حیات بر روی زمین است بلکه به سیستم های مادر آن یعنی هواکره (اتمسفر atmosphere) سنگ کره (geosphere) و آب کره (hydrosphere) توجه کرد.
زمین اولیه محل بسیار وحشیانه ای بود: کوه های مذاب و فوران های آتشفشانی تمام سطح زمین را پوشانده بود. بر روی سطحی با دماهای باورنکردنی چند هزار درجه هیچ شانسی برای ایجاد حیات وجود نداشت با این حال مذاب اولیه کنونی بستری را فراهم کرد که برای ایجاد ساختار ها و مواد شیمیایی پیچیده ی بعدی لازم بود. سنگ کره در آن زمان در بازه های زمانی سریع تغییر میکرد چرا که دمای سطح زمین آن را شبیه به یک مایع کرده بود. خروج مذاب و دیگر مواد از مرکز زمین به سطح امکان حضور اقیانوس ها و هوا (با ترکیبات شیمیای بسیار متفاوت از امروز) را فراهم میکرد. با این حال زمان آن بود که بازیگران بعدی یعنی اقیانوس ها و بسیار بعد تر هواکره نقش خود را در ایجاد حیات ایفا کنند. شناخت چنین سیستم هایی در اساسی ترین سطح هیچ تفاوتی با بررسی زیست شناسی ندارند!
اریک اسمیث (Eric Smith) در کتاب «منشا و طبیعت حیات بر روی زمین» ما را به این نکته آگاه می کند که حیات چهارمین سیستم در درون شبکه ای در هم تنیده از اتفاقاتی است که در زمین کره، هوا کره و اب کره می افتد! این چهار سیستم بر روی هم اثر می گذارند و تعیین مرزهای آن ها گاه دشوار می شود. به همین دلیل پاسخ به این پرسش که «حیات اولیه بر روی زمین کی بوجود آمد و چه شکلی بود؟» سوال درستی نیست! نیک لین (Nick Lane) در کتاب «سوال حیاتی» (The vital question) به این نکته اشاره می کند که شکلهای اولیه حیات تفاوت چندانی با واکنش های شیمیایی بین زمین کره و آب کره در عمق اقیانوس ها نداشته اند. در مرکز جریان های پرقدرت انرژی در کف اقیانوس در نقاطی که به «چاه های گرمایی» (Hydrothermal vent) شناخته می شوند در میلیاردها سال پیش رشته ی جدیدی از واکنش ها (که به ویژگی های خاص آن ها میپردازیم) امکان حضور یافتند که در نهایت منجر به حیات شد. اما ویژگی اصلی این واکنش ها چه بود که آن را «شبیه» به حیات می کرد؟
مشخص ترین ویژگی حیات واکنش دايم آن با محیط اطرف در عین «تعادل» و «ماندگاری» است! حیات تعادلی در عدم تعادل محیط است! به این ویژگی «هم‌ایستایی» (Homestasis) گفته می شود. بدن موجودات زنده در برابر بازه ای از تغییرات محیطی مانند دما، مواد شیمیایی، نور و فشار و غیره دوام می آورد و از هم نمی پاشد. به همین خاطر به نظر میرسد که حیات قانون آنتروپی را نقض می کند: ایجاد نظم در جهانی که به سوی بی نظمی در حرکت است!
اما چگونه هم ایستایی از لحاظ فیزیکی ممکن است؟ برای کشف این موضوع باید به مهمترین نوع واکنش های شیمیایی در بدن موجودات زنده دقت کرد. واکنش «خود کاتالیزی» (Autocatalysis): در این نوع واکنش های شیمیایی محصولات واکنش دوباره به عنوان ورودی مصرف می شوند. به طور مثال اگر دو ماده ی شیمیایی A و B با هم واکنش بدهند دوباره B تولید می شود:
A+2B -> B + C
به این ترتیب آنقدر B تولید و مصرف می شود که تمام شود! در این بین A فقط به این فرایند کمک می کند چنین موادی در زیست شناسی به «آنزیم» شناخته می شوند! تقریبا هر آنچه در بدن شما اتفاق می افتد بخشی از یک فرآیند آنزیمی است! اما چنین معادله ای چه اهمیتی دارد؟ ویژگی ریاضی بسیار جالب چنین اتفاق شیمیایی نقطه ی عطفی در یافتن ارتباط بین هم ایستایی و پیچیدگی است.
در قسمت بعد نشان می دهیم چگونه این ریاضی همه جا هست و چطور حتی در هوش مصنوعی جدید هم وارد شده است!
اولین سوالی که پیش می اید این است که «حیات چیست»؟ تلاش های بسیار برای تعریف حیات و مرزهای غیر مشخص آن ناشی از درک ناقص ما از زیست شناسی نیست بلکه به مشکلی عمیق تر اشاره می کند.
سیاره ما زمین (فعلا) تنها محلی در جهان است که میزبان حیات است. با این حال این تنها حیات نیست که سیاره ی آبی و سبز رنگ ما را از بقیه سیارات جدا می کند بلکه ترکیب بسیار جالب مواد شیمیایی آن، فاصله ی دقیق از خورشید و بقیه پارامتر ها باعث شده است که این کره میزبان دینامیک های پیچیده و عجیبی باشد. به این ترتیب باید دید کلی تری داشت و نه تنها به زیست کره (biosphere) یعنی تمام آنچه حیات بر روی زمین است بلکه به سیستم های مادر آن یعنی هواکره (اتمسفر atmosphere) سنگ کره (geosphere) و آب کره (hydrosphere) توجه کرد.
زمین اولیه محل بسیار وحشیانه ای بود: کوه های مذاب و فوران های آتشفشانی تمام سطح زمین را پوشانده بود. بر روی سطحی با دماهای باورنکردنی چند هزار درجه هیچ شانسی برای ایجاد حیات وجود نداشت با این حال مذاب اولیه کنونی بستری را فراهم کرد که برای ایجاد ساختار ها و مواد شیمیایی پیچیده ی بعدی لازم بود. سنگ کره در آن زمان در بازه های زمانی سریع تغییر میکرد چرا که دمای سطح زمین آن را شبیه به یک مایع کرده بود. خروج مذاب و دیگر مواد از مرکز زمین به سطح امکان حضور اقیانوس ها و هوا (با ترکیبات شیمیای بسیار متفاوت از امروز) را فراهم میکرد. با این حال زمان آن بود که بازیگران بعدی یعنی اقیانوس ها و بسیار بعد تر هواکره نقش خود را در ایجاد حیات ایفا کنند. شناخت چنین سیستم هایی در اساسی ترین سطح هیچ تفاوتی با بررسی زیست شناسی ندارند!
اریک اسمیث (Eric Smith) در کتاب «منشا و طبیعت حیات بر روی زمین» ما را به این نکته آگاه می کند که حیات چهارمین سیستم در درون شبکه ای در هم تنیده از اتفاقاتی است که در زمین کره، هوا کره و اب کره می افتد! این چهار سیستم بر روی هم اثر می گذارند و تعیین مرزهای آن ها گاه دشوار می شود. به همین دلیل پاسخ به این پرسش که «حیات اولیه بر روی زمین کی بوجود آمد و چه شکلی بود؟» سوال درستی نیست! نیک لین (Nick Lane) در کتاب «سوال حیاتی» (The vital question) به این نکته اشاره می کند که شکلهای اولیه حیات تفاوت چندانی با واکنش های شیمیایی بین زمین کره و آب کره در عمق اقیانوس ها نداشته اند. در مرکز جریان های پرقدرت انرژی در کف اقیانوس در نقاطی که به «چاه های گرمایی» (Hydrothermal vent) شناخته می شوند در میلیاردها سال پیش رشته ی جدیدی از واکنش ها (که به ویژگی های خاص آن ها میپردازیم) امکان حضور یافتند که در نهایت منجر به حیات شد. اما ویژگی اصلی این واکنش ها چه بود که آن را «شبیه» به حیات می کرد؟
مشخص ترین ویژگی حیات واکنش دايم آن با محیط اطرف در عین «تعادل» و «ماندگاری» است! حیات تعادلی در عدم تعادل محیط است! به این ویژگی «هم‌ایستایی» (Homestasis) گفته می شود. بدن موجودات زنده در برابر بازه ای از تغییرات محیطی مانند دما، مواد شیمیایی، نور و فشار و غیره دوام می آورد و از هم نمی پاشد. به همین خاطر به نظر میرسد که حیات قانون آنتروپی را نقض می کند: ایجاد نظم در جهانی که به سوی بی نظمی در حرکت است!
اما چگونه هم ایستایی از لحاظ فیزیکی ممکن است؟ برای کشف این موضوع باید به مهمترین نوع واکنش های شیمیایی در بدن موجودات زنده دقت کرد. واکنش «خود کاتالیزی» (Autocatalysis): در این نوع واکنش های شیمیایی محصولات واکنش دوباره به عنوان ورودی مصرف می شوند. به طور مثال اگر دو ماده ی شیمیایی A و B با هم واکنش بدهند دوباره B تولید می شود:
A+2B -> B + C
به این ترتیب آنقدر B تولید و مصرف می شود که تمام شود! در این بین A فقط به این فرایند کمک می کند چنین موادی در زیست شناسی به «آنزیم» شناخته می شوند! تقریبا هر آنچه در بدن شما اتفاق می افتد بخشی از یک فرآیند آنزیمی است! اما چنین معادله ای چه اهمیتی دارد؟ ویژگی ریاضی بسیار جالب چنین اتفاق شیمیایی نقطه ی عطفی در یافتن ارتباط بین هم ایستایی و پیچیدگی است.
در قسمت بعد نشان می دهیم چگونه این ریاضی همه جا هست و چطور حتی در هوش مصنوعی جدید هم وارد شده است!
This media is not supported in your browser
VIEW IN TELEGRAM
تقریبا تمام حیات چیزی جز این نیست! در مرکز ساخت تمام مواد شیمیایی پیچیده ی بدن تمام موجودات زنده یک حلقه پروتونی وجود دارد. در این حلقه پروتون ها وارد می شوند و مولکول ها از خودشان کپی درست می کند!
پروتئین ها، چربی ها، شکر ها وتامین ها همه از درون این حلقه بیرون می آیند! ریاضی چنین حلقه ای چیست؟
پروتئین ها، چربی ها، شکر ها وتامین ها همه از درون این حلقه بیرون می آیند! ریاضی چنین حلقه ای چیست؟
The task is ... not so much to see what no one has yet seen; but to think what nobody has yet thought, about that which everybody sees.
- Erwin Schrödinger
کارِ ما این نیست که چیزی را ببینیم که هیچ‌کس تا امروز ندیده،
کارِ ما این است که درباره ی همان چیزهایی که همه می‌بینند، به شیوه‌ای بیندیشیم که هیچ‌کس تا امروز نیندیشیده است.
ــ اروین شرودینگر
- Erwin Schrödinger
کارِ ما این نیست که چیزی را ببینیم که هیچ‌کس تا امروز ندیده،
کارِ ما این است که درباره ی همان چیزهایی که همه می‌بینند، به شیوه‌ای بیندیشیم که هیچ‌کس تا امروز نیندیشیده است.
ــ اروین شرودینگر