حیات بهعنوان سامانه اطلاعاتیِ پویا
تالیف: حسین بخت آور
آیا تکامل فقط تصادف است و طبیعت فقط تاس میریزد ؟
از زمان انتشار کتاب «منشأ انواع» توسط چارلز داروین، نظریه تکامل به یکی از بزرگترین انقلابهای فکری تاریخ بشر تبدیل شده و تا امروز، از ستون های اصلی زیستشناسی مدرن بوده است.
داروین نشان داد که گونههای زنده ثابت و تغییرناپذیر نیستند و در طول زمان با تغییر تدریجی گونهها و انتخاب ویژگیهای سودمند دگرگون میشوند و ثابت کرد که گونه های دارای ویژگیهای سودمند، شانس بیشتری برای بقا و انتقال به نسل بعد دارند. او و پیروانش نظریات خود را حول سه محور اصلی فرموله کردند:
1 - جهش یا موتاسیون ( تغییراتی که می توانستند گونه ای جدید را بسازند. آنها تصادف را عامل این تغییرات فرض می کردند )
2 - توارث ( جهش هایی که در گونه ها می توانستند به ارث برسند و ابقا شوند. )
3- تنازع بقا ( عاملی برای انتخاب اصلح و تصفیه و تثبیت ویژگیهای سودمند)
امروز، پس از گذشت بیش از یک و نیم قرن، اصل تکامل نهتنها رد نشده، بلکه با کشفیات ژنتیک، DNA و زیست مولکولی امکان تکمیل و اصلاح آن نیز فراهم شده است.
ما اصل تکامل را میپذیریم ؛ اما درباره یکی از پایههای تفسیری آن پرسشی وجود دارد:
آیا واقعاً میتوان این حجم عظیم و پیچیده از مهندسی زیستی، هماهنگی اطلاعاتی و راهبردهای پیچیده حیات را صرفاً نتیجه تغییرات تصادفی و محصول تصادفهای کور دانست؟
داروین و محدودیتهای قرن نوزدهم
برای درک منصفانه نظریه داروین، باید زمانه او را نیز در نظر گرفت. در دوران داروین:
نه DNA شناخته شده بود، نه ساختار ژن، نه رایانهای وجود داشت، نه تصویربرداری زیستی، نه زیستمولکولی وجود داشت، نه هوش مصنوعی و نه میلیونها ساعت فیلم و مشاهده از رفتار موجودات زنده.
او ناچار بود تنها با مشاهده ظاهری طبیعت و نقاشی دستی الگوها را حفظ و تحلیل کند.
در چنین شرایطی، نسبت دادن تغییرات زیستی به «تغییرات تصادفی» تا حد زیادی یک ضرورت علمی زمان خود بود.
اما امروز وضعیت تغییر کرده است. ما درون سامانههای زیستی وارد شدهایم.
ما اکنون جهان را به گونه ای می شناسیم که در آن:
سامانههای زیستی پیام ردوبدل میکنند، و موجودات زنده و قارچ ها اطلاعات شیمیایی منتقل میکنند،
گونهها رفتار یکدیگر را تحلیل میکنند، و ویروسها DNA جابهجا میکنند،
و موجودات زنده راهبردهایی حیرتانگیز برای شکار، دفاع، فریب و بقا از خود نشان میدهند.
در چنین شرایطی، این پرسش دوباره زنده میشود:
آیا «تصادف» هنوز جواب درست است، یا فقط گزینه ای است که فقط از روی ناآگاهی خود مجبور به انتخاب آن شده ایم؟
انواع روش های تکامل در جانداران
اگر نمونههای طبیعی را دقیقتر نگاه کنیم، از منظر روش های تکاملی میتوان آنها را به دو گروه متفاوت تقسیم کرد.
۱- روش تکامل تدریجی و پیوسته در ارتباط با محیط زیستی
در این نوع، موجود زنده بهتدریج خود را با شرایط محیط سازگار میکند.
برای مثال:
تغییر رنگ یا ضخیم شدن پوست، برای دفاع یا مقابله با تغییرات آب و هوایی.
تکامل تدریجی چشم، بسته به نیاز جاندار برای شکار یا فرار و یا دیدن در نور کم یا زیاد.
ضخیم شدن یا تغییر رنگ مو برای هماهنگی با محیط یا ایجاد سامانه دفاعی مثل جوجه تیغی.
یا حتی گیاهان گوشتخواری که بوهای جذبکننده تولید میکنند تا کمبود مواد خاک را با شکار حشرات و جانوان کوچک جبران بکنند. .
هرچند این فرایندها بسیار پیچیدهاند، اما هنوز میتوان تصور کرد که طبیعت در طول میلیونها سال، میلیونها ترکیب مختلف را آزموده و شکلهای موفقتر باقی ماندهاند.
این بخش، هرچند شگفتانگیز، هنوز با مدل کلاسیک انتخاب طبیعی قابل توضیح است.
۲- روش تکاملی هوشمند و باز خوردی
اما نوع دوم کاملاً متفاوت است. در اینجا، موجود زنده فقط خودش را با محیط هماهنگ نمیکند بلکه باید سامانه زنده دیگری را مطالعه کند و با شناسایی رفتار و عادات، او را فریب دهد وکنترل کند، بترساند یا فلج کند،
یا روی بافت سلولی و زیستشیمی او اثر تخصصی بگذارد. بازخورد (فیدبک) بگیرد و بعد از ارزیابی بازخورد مجددا عمل خود را سازماندهی بکند
برای مثال:
صدفی که با ساخت زائدهای کاملا شبیه به ماهی کوچکی که طعمه نوعی ماهی شکارچی بزرگتر است، ماهی بزرگتر را فریب میدهد و او را بدام می اندازد، تولید زایده هایی با آن حد شباهت به ماهی طعمه واقعا حیرت انگیز است
کرم های که شکل ظاهری خود را شبیه رنگ و فرم نوعی خاصی ازمار خطرناک سمی نمایش میدهد که در میان سایر گونه ها به مرگبارترین نوع شناخته می شود و از او بشدت می ترسند.
یا گیاهی که هنگام حمله شتهها، مواد شیمیایی پیامرسان آزاد میکند تا مورچهها را که دشمن طبیعی شته ها هستند، برای دفاع فرا بخواند. اینجا دیگر نوعی مهندسی اطلاعاتی دیده میشود.
"فریب ادراکی ؛ بازی با ذهن گونه دیگر"
برخی کرمها و پروانهها، هنگام احساس خطر، بخشی از بدن خود را به شکلی نمایش میدهند که شبیه سر مار به نظر میرسد. این فقط استتار نیست. استتار یعنی مخفی شدن ، اما اینجا موجود زنده عمداً روی «سامانه تشخیص خطر» شکارچی بازی میکند .او میداند یا دستکم طوری رفتار میکند که انگار میداند چه تصویری در ذهن دشمن ایجاد ترس میکند.
برخی مگسها نیز روی بالهای خود، طرح کاملی از یک مگس را روی هردو بال خود ایجاد میکنند تا مهاجم را با دیدن دو مگس گیج کرده و حمله او را خنثی بکنند. گویی بال، فقط ابزار پرواز نیست، بلکه حامل یک پیام تصویری است.
آیا همه اینها فقط نتیجه پرتاب تاسهای کور طبیعتاند؟
درختی که درخواست کمک میکند یعنی: خطر را تشخیص میدهد، پیام میفرستد، و از گونهای دیگر کمک میخواهد.
این فقط واکنش شیمیایی ساده نیست؛بلکه نوعی ارتباط عملکردی میان دو سامانه زنده است.
"زنبور جراح ؛ نقطه بحرانی مسئله"
اما شاید یکی از حیرتانگیزترین نمونهها، زنبورهای شکارچی جراح باشند.
این زنبورها قربانی خود را بهصورت تصادفی نیش نمیزنند. آنها دقیقاً روی نقاط عصبی خاص عمل میکنند،
قربانی را فوراً نمیکشند، اول شاخک های سوسک را می چینند تا قادر به حرکت و مسیریابی نباشد.
بعد میزان کنترل شده ای سم را در نقطه ای خاص از سیستم عصبی سوسک در نخاع طعمه تزریق کرده او را در وضعیت فلج کنترلشده نگه میدارند، تا بدنش برای تغذیه لاروها تازه باقی بماند. بعد درون شکمش تخم ریزی می کنند تا بچه هایشان موقع خروج از تخم از نعمت یک رستوران زنده برخوردار باشند.
اینجا دیگر با یک سیستم ساده روبهرو نیستیم. ما با سامانهای روبهرو هستیم که: گویا از عملکرد اعضا و اعصاب قربانی آگاه است، شدت حمله را تنظیم میکند، و میان «کشتن» و «فلجکردن» تفاوت قائل میشود.
این رفتار، بسیار فراتر از یک واکنش مکانیکی ساده به نظر میرسد.
"فراتر از مهندسی فیزیکی ; مهندسی زیستشیمیایی"
برخی نمونهها حتی از این نیز فراتر میروند. برای مثال: سیستم نیش مار با سخت افزار هایی برای تزریق زهر با دقت آزمایشگاهی و زهر مارها، نیش بعضی رطیلها یا ترکیبات تخصصی برخی شکارچیان طبیعی.
این مهاجمین تنها قربانی را بشکل کور هدف نمیگیرند، بلکه مستقیماً روی سامانه عصبی، خون، آنزیمها، یا بافتهای درونی شکار یا دشمن به گونه ای اثر میگذارندکه با دستگاه گوارشی خودشان سازگار باشد.
گویی طبیعت، در طول فرایند تکامل، بهتدریج روش معینی از شناختن عملی سازوکار درونیِ دیگر موجودات را ابداع و به گونه های پیشرفته تر آموزش داده است .
این موضوع پرسشی جدی ایجاد میکند:
چگونه یک موجود زنده میتواند بر سامانه عصبی، خون، آنزیمها یا اندامهای درونیِ گونهای دیگر چنین اثر دقیقی بگذارد؟
آیا مدل «تغییرات کاملاً تصادفی» برای توضیح چنین هماهنگیهایی کافی است؟
اگر یک مهندس چنین شبکهای طراحی میکرد، آن را سامانه پیامرسانی هوشمند مینامیدیم.
اما وقتی طبیعت همین کار را انجام میدهد، ناگهان همهچیز را به «تصادف» تقلیل میدهیم.
حیات بهعنوان سامانه اطلاعاتی ، آیا حیات اطلاعات را استخراج میکند؟
شاید زمان آن رسیده باشد که حیات را فقط مجموعهای از واکنشهای شیمیایی ندانیم.
ممکن است موجودات زنده، علاوه بر تبادل ماده و انرژی، در شبکهای عظیم از تبادل اطلاعات زیستی نیز مشارکت داشته باشند.
امروز میدانیم که:
ویروسها اطلاعات ژنتیکی جابهجا میکنند و قارچ های برای گیاهان، شبکه های اطلاعاتی فراهم می کنند.
باکتریها DNA مبادله میکنند و انتقال ژنتیکی میان گونهها در طبیعت وجود دارد.
بنابراین این ایده چندان دور از ذهن نیست که فرایندهای شکار و تغذیه نیز میتوانند دربردارنده نوعی تبادل اطلاعات زیستی و ژنتیکی باشند.
اگر قرار باشد یک مهندسی بیرونی را وارد ماجرا نکنیم، آنگاه خود طبیعت باید بهنوعی روشی برای:
کشف، ذخیره و بهینهسازی اطلاعات داشته باشد.
شاید شکار و تغذیه فقط تبادل ماده و انرژی نباشد؛ بلکه نوعی تبادل اطلاعات زیستی و ژنتیکی نیز در آن رخ دهد. وقتی موجودی، موجود دیگر را میخورد، فقط پروتئین دریافت نمیکند؛ بلکه با ساختار ژنتیکی، شیمیایی او نیز تماس پیدا میکند.
آیا ممکن است طبیعت، در مقیاسی بسیار طولانی و پیچیده، از همین مسیرها برای استخراج و بازآرایی اطلاعات زیستی استفاده کرده باشد؟
امروز این فقط یک فرضیه است. اما شاید زیستشناسی آینده مجبور شود آن را جدیتر بررسی کند.
دورنما
هرچه بیشتر به طبیعت نگاه میکنیم، کمتر با یک کارخانه کور روبهرو میشویم، و بیشتر با شبکهای عظیم از :
پردازش اطلاعات، ارتباط، یادگیری، سازگاری، و مهندسی زیستی مواجه میشویم.
شاید زمان آن رسیده باشد که بهجای تکرار پاسخهای قرن نوزدهم، پرسشهای تازهتری مطرح کنیم.
چگونه سامانهای زیستی میتواند بدون دسترسی به اطلاعات عملکردیِ گونه مقابل، چنین سازگاریهای تخصصی و هدفمند ایجاد کند؟
مسلما در آینده، زیستشناسی ناچار میشود حیات را نه فقط بهعنوان سامانهای شیمیایی، بلکه بهعنوان شبکهای عظیم از تبادل و پردازش اطلاعات میان گونهها نیز مطالعه بکند.
چون هرچه جلوتر میرویم، به نظر میرسد طبیعت نه مجموعهای از برخوردهای کور بلکه بیشتر شبیه به سامانه پردازش اطلاعات، شبکه یادگیری و میدان تعامل هوشمند باشد.
وقتی رفتارهای اطلاعاتیِ پیچیده طبیعت ظاهر میشوند، این ضرورت پیش میآید که تفسیر کاملاً تصادفی از تکامل، خود به نوعی دگم علمی تبدیل نشود.
فرایندهای تغذیه، انگلگری و شکار، فقط تبادل ماده و انرژی تفسیر نشود بلکه نوعی تبادل اطلاعات زیستی نیز در آنها دیده شود.
