|
Chcesz wiedzieć więcej? Zamów dobrą książkę. Propozycje Racjonalisty: | | |
|
|
|
|
Nauka » Biologia » Ewolucjonizm
Cybernetyczne ujęcie ewolucji biologicznej [3] Autor tekstu: Bernard Korzeniewski
Generalnie rzecz biorąc, najbardziej ogólny schemat
funkcjonowania organizmów żywych można przedstawić formalnie wyłącznie w postaci sieci sprzężeń zwrotnych ujemnych, abstrahując od sposobu ich
materialnej realizacji (od budulca poszczególnych elementów, fizycznego podłoża
różnych procesów czy też szczegółowych rozwiązań konstrukcyjnych i funkcjonalnych). Dodatkowo, ów system sprzężeń zwrotnych ujemnych, stanowiący
podstawę (celowego) funkcjonowania organizmów żywych, uorganizowany jest na
sposób hierarchiczny. Regulacja na niższym poziomie hierarchii służy z reguły
jako element regulacji na wyższym poziomie (choć często bywa na odwrót, jak w dyskutowanym „błędnym kole" regulacji poziomu glukozy i ATP). System
sprzężeń zwrotnych ujemnych stanowi jedną, wewnętrznie powiązaną i współwarunkującą
się całość. Powstaje jednakże pytanie, co właściwie stanowi nadrzędny
cel tych wszystkich mechanizmów regulacyjnych, czemu służy cały
posiadany przez osobniki żywe system sprzężeń zwrotnych ujemnych? Chodzi
tu o przeżycie i pozostawienie potomstwa, czyli o utrzymanie i propagację w czasie własnej tożsamości, która w ujęciu
cybernetycznym odpowiada właśnie takiemu, a nie innemu systemowi sprzężeń
zwrotnych ujemnych. „Parametrem", którego „wartość" ulega
optymalizacji przez całą sieć sprzężeń zwrotnych ujemnych składającą się
na żywego osobnika jest więc tożsamość (zespół cech) tego osobnika, jej
przetrwanie w czasie oraz rozprzestrzenianie. System sprzężeń zwrotnych
ujemnych tworzących dany organizm ulega wobec tego samonakierowaniu na
samego siebie, jego jedyny „cel" stanowi własne powielanie (namnażanie).
Jednakże, jak pokazałem na przykładzie bakterii (dotyczy to dowolnych innych
organizmów żywych), rozmnażanie się organizmów stanowi sztandarowy przykład
sprzężenia zwrotnego dodatniego, w którym niezerowa wartość parametru (w
tym wypadku — ilość osobników) ma tendencję do tym szybszego wzrostu, im większa
jest ta wartość w danym momencie. Nadszedł więc wreszcie moment, aby zdefiniować życie w kategoriach cybernetycznych jako system sprzężeń zwrotnych ujemnych
podrzędny w stosunku do (pozostający na usługach) nadrzędnego sprzężenia
zwrotnego dodatniego. Uzupełniającym kryterium jest warunek, żeby
wszystkie podjednostki i sprzężenia zwrotne ujemne wchodzące w skład rozważanego
systemu miały „na celu" wyłącznie realizację naczelnego sprzężenia
zwrotnego dodatniego. [ 4 ]
Twierdzę, iż wszystkie systemy żywe muszą podlegać powyższej definicji, a wszystkie systemy jej podlegające należy uznać za żywe (lub, jeśli kto
woli, należące do klasy systemów „życio-podobnych"). Słowem, że
zaproponowana definicja, odpowiadająca samej „nagiej" istocie życia,
stanowi najmniejszy konieczny i zarazem dostateczny system pojęciowy,
wystarczający do jednoznacznego określenia, czym jest życie. Może być
zatem użyta do możliwie jednoznacznego określenia, które obiekty i procesy
na innych planetach można uznać za ożywione, od którego momentu możemy mówić o życiu w procesie jego spontanicznej genezy na Ziemi około 4 miliardy lat
temu, a także — co stanowi żywego osobnika pośród problematycznych fenomenów
znanych nam obecnie na naszej planecie.
Rozmaite cele realizowane przez każdy z organizmów żywych
można podzielić na cele podrzędne, wyrażone siecią regulacyjnych
sprzężeń zwrotnych ujemnych, oraz cel nadrzędny, manifestujący się
istnieniem sprzężenia zwrotnego dodatniego.
Skąd bierze się owo nadrzędne sprzężenie zwrotne
dodatnie, widzieliśmy na przykładzie bakterii. Systemy żywe mają naturalną
tendencję do reprodukcji i powielania swoich kopii, o ile pozwalają na to dostępne
zasoby środowiskowe. Ciągi opisujące ilość osobników w kolejnych interwałach
czasowych (przy braku ograniczonej pojemności środowiska), dotyczące
dowolnych organizmów i strategii rozrodu, rosną wykładniczo i zmierzają do
nieskończoności. Obliczono, że gdyby nie ograniczona ilość pokarmu oraz
zatruwanie środowiska własnymi produktami przemiany materii, w dość krótkim
czasie potomstwo jednej bakterii byłoby ogromną kulą rozszerzającą się z szybkością światła. To samo dotyczy potomstwa pary leniwców (na omawiany
efekt przyszłoby może poczekać nieco dłużej), choć praktyki seksualne tych
zwierząt raczej się z szybkością światła nie kojarzą.
W rzeczywistości, jak zostało to podkreślone wcześniej,
pojemność środowiska jest oczywiście zawsze ograniczona. Dotyczy to także
innych przytoczonych przypadków sprzężenia zwrotnego dodatniego, np. „środowiska"
kamiennej lawiny (zbocze usiane kamieniami) czy nuklearnej reakcji łańcuchowej
(kula radioaktywnego izotopu uranu). W tych przypadkach reakcja lawinowa w końcu
wygasa ze względu na wyczerpanie się zasobów środowiska (odpowiednio:
niestabilnych kamieni na zboczu i jąder radioaktywnego izotopu uranu). Życie
natomiast, nawet jeśli w danej chwili wyczerpie pojemność swego środowiska,
dalej zachowuje potencjał do gwałtownej reakcji lawinowej, czego dowody
napotykamy na każdym kroku. Ów potencjał ekspansji przejawia się nie
tylko w przypadku opanowania przez jakieś organizmy nowego terenu, na którym
nie napotykają one konkurencji ze strony innych organizmów, lub konkurencja
taka jest słaba (np. lawinowy wzrost populacji sprowadzonych do Australii królików).
Tego rodzaju spektakularne zajścia zdarzają się stosunkowo bardzo rzadko.
„Na codzień", potencjał ekspansji danych organizmów (będących nośnikami
określonej tożsamości) wyraża się silną presją na wyparcie z ograniczonej
pojemności środowiska innych organizmów (o odmiennej tożsamości; mogą być
to osobniki tego samego lub też bardzo odległe spokrewnionych gatunków). Z reguły, w stabilnych ekosystemach, te inne organizmy wywierają taką samą, o podobnej sile, lecz przeciwnie skierowaną presję na wyparcie ze środowiska
rozważanych przez nas organizmów. De facto, rywalizują pomiędzy sobą
tożsamości poszczególnych osobników (określone jako zespoły cech lub
systemy sprzężeń zwrotnych ujemnych), dążące do opanowania całej pojemności
środowiska kosztem innych tożsamości.
Drobne różnice w sile presji wywieranej przez poszczególne
tożsamości prowadzą do stopniowego wypierania jednych tożsamości przez
inne, a więc do ewolucji.
Należy wyraźnie jeszcze raz podkreślić, że tożsamość
osobników żywych, będąca „parametrem", którego
„optymalizacji" (utrzymaniu i propagacji) służy składający się na żywego
osobnika system sprzężeń zwrotnych ujemnych, to coś o wiele bardziej złożonego,
niż prosty, elementarny parametr, jakim jest na przykład temperatura. Zawiera
ona w sobie nie tylko chwilowe cechy osobnika dorosłego, ale cały cykl życiowy
danego organizmu od zygoty do stadium dorosłego, w tym także zdolność do
produkcji potomstwa. U organizmów rozmnażających się płciowo tożsamość
potomka stanowi „wypadkową" lub „kombinację" tożsamości (zespołów
cech) swoich rodziców (rekombinacja cech). Nawet jednak u organizmów o bezpłciowym
sposobie rozmnażania tożsamość ulega zmianom w czasie na skutek mutacji. Nie
tyle chodzi tu zatem, jak to dyskutowałem wcześniej, o zachowanie danej
konkretnej tożsamości, lecz ciągłości zmian tej tożsamości w
czasie. Parametr zwany tożsamością jest zatem niewątpliwie parametrem złożonym — odpowiednie jego zrozumienie ma decydujący wpływ na zrozumienie istoty życia.
W zasadzie każdą cechę osobnika, np. wzór jego
ubarwienia, można uznać za element lub wynik sprzężenia zwrotnego ujemnego. W tym ostatnim przypadku, w rozmaitych miejscach na powierzchni jego ciała
„zadane" są rozmaite stężenia rozmaitych barwników. To, czy zadany wzór
ubarwienia jest „dobry", a więc czy np. dobrze maskuje przez drapieżnikiem,
współdecyduje o skuteczności danego systemu sprzężeń zwrotnych ujemnych, a więc tożsamości.
Jak wspomniałem, tożsamości rywalizują ze sobą o pojemność środowiska i lepsze tożsamości wypierają gorsze. [...]
W przeciwieństwie do organizmów żywych, martwe systemy
„wyposażone" w sprzężenie zwrotne dodatnie, takie jak kamienna lawina
czy grudka radioaktywnego izotopu, nie posiadają żadnych sprzężeń zwrotnych
ujemnych, podtrzymujących ich potencjał ekspansji. Po stoczeniu się
wszystkich kamieni po zboczu kamienna lawina definitywnie zamiera, a po rozbiciu
wszystkich jąder radioaktywnego pierwiastka nie produkowane są żadne dalsze
neutrony. Ani zatem kamienie w ruchu, ani neutrony nie dysponują żadnymi
mechanizmami zorientowanymi w sposób celowy na zapewnienie im przetrwania i produkcji „układów" potomnych (kamieni w ruchu lub wolnych neutronów). O ile zatem zarówno organizmy żywe jak i niektóre obiekty fizyczne (takie jak
kamienie na zboczu lub neutrony w grudce radioaktywnego izotopu uranu) mają
pewien „cel nadrzędny" w postaci (przynajmniej potencjalnej) zdolności
do ekspansji, to tylko te pierwsze posiadają „cel podrzędny" w postaci
sieci mechanizmów regulacyjnych opartych na sprzężeniu zwrotnym ujemnym,
odpowiedzialnych za utrzymanie indywidualności (tożsamości) organizmów żywych i ich potencjału ekspansji.
W taki „cel podrzędny" (system sprzężeń
zwrotnych ujemnych) wyposażonych jest wiele urządzeń skonstruowanych przez człowieka
(jak roboty lub chociażby omawiany wyżej termostat). Nie posiadają one jednak
(w kategoriach cybernetycznych) żadnego „celu nadrzędnego", a jeżeli
już, to jest nim cel posługujących się nimi ludzi. Urządzenia nie dbają
bowiem tylko o siebie, swoje własne przetrwanie i wyprodukowanie identycznych
urządzeń potomnych. Nie stanowią zatem całkowicie autonomicznych,
nakierowanych wyłącznie na siebie układów (osobników), lecz są elementami
jakiegoś nadrzędnego układu, którego cele (określone przez człowieka)
realizują. Gdybyśmy chcieli potraktować organizm żywy jak jakieś urządzenie,
powinniśmy zapytać czemu, jakiemu celowi, służy ten organizm poza sobą,
do wykonania jakiego użytecznego zadania został zaplanowany. Jednakże,
takiego celu czy zadania nie da się po prostu odnaleźć. Z punktu widzenia człowieka
dochodzimy do paradoksalnego wniosku, że osobniki żywe nie służą niczemu,
poza samymi sobą. Termostat regulujący temperaturę w lodówce, żeby człowiekowi
nie zepsuło się pożywienie — to zrozumiałe. Ale termostat, który powstał
samoistnie i reguluje temperaturę ot tak sobie — czy to nie dziwne? Oczywiście
to, co podtrzymują samopowielające się układy żywe, to ich własne
istnienie. Przypomina to termostat zbudowany z kawałków lodu, który tylko
dlatego utrzymuje niską temperaturę, aby się nie stopić i ewentualnie
wyprodukować jeszcze termostaty do siebie podobne. [ 5 ]
Zakrawa to już na czysty bezsens. A jednak na tym właśnie polega istota życia i ewolucji — zjawiska te, tak jak kamienie spadające w polu grawitacyjnym,
niczemu nie służą i nie posiadają żadnego celu, po prostu są. Dlatego, aby
naprawdę zrozumieć sens ewolucji biologicznej, musimy zrezygnować z naszego
antropocentrycznego punktu widzenia i sposobu wartościowania.
1 2 3 4 5 6 Dalej..
Przypisy: [ 4 ] Ten ostatni warunek
zapobiega zaklasyfikowaniu jako „żywe" takich układów, jak
kultury, państwa i firmy ekonomiczne, wyposażonych w sieć sprzężeń
zwrotnych ujemnych i dążących do ekspansji kosztem innych, podobnych
sobie układów. Jednakże, wymienione układy składają się z jednostek
ludzkich, z których każda realizuje także (o ile nie przede wszystkim)
swoje własne, prywatne cele biologiczne, psychiczne i kulturowe; a nie
jedynie cele układu, którego jest częścią. Poza tym, takie układy jak
kultury, państwa i firmy ekonomiczne realizują swój potencjał raczej
przez powiększanie swego własnego zasięgu, niż przez produkcję układów
potomnych o (prawie) identycznej tożsamości. Nie możemy więc tu mówić o osobnikach, tak istotnych dla cybernetycznej definicji życia. [ 5 ] Przykład ten jest celowo
groteskowy. Można sobie jednakże wyobrazić „sztuczne życie"
stworzone przez człowieka lub inne istoty rozumne. Byłoby to coś w rodzaju robotów produkujących roboty do siebie podobne z substancji (oraz
energii) pobieranych z otoczenia. Musiałyby tym robotom potomnym przekazywać
plan instruujący jak zbudować następnego podobnego robota. Zapis tego
planu mógłby ulegać drobnym przypadkowym zmianom (mutacjom) na skutek
niedoskonałości fizycznego nośnika tego zapisu. Takie „osobniki"
mogłyby pomiędzy sobą rywalizować o dostępne zasoby środowiska i ewoluować. To, co Stanisław Lem nazwał „martwą ewolucją" w swoim
opowiadaniu Niezwyciężony, stanowi w zasadzie ewolucję sztucznego
życia. « Ewolucjonizm (Publikacja: 29-11-2003 Ostatnia zmiana: 30-11-2003)
Bernard KorzeniewskiBiolog - biofizyk, profesor, pracownik naukowy Uniwersytetu Jagielońskiego (Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii). Zajmuje się biologią teoretyczną - m.in. komputerowym modelowaniem oddychania w mitochondriach. Twórca cybernetycznej definicji życia, łączącej paradygmaty biologii, cybernetyki i teorii informacji. Interesuje się także genezą i istotą świadomości oraz samoświadomości. Jest laureatem Nagrody Prezesa Rady Ministrów za habilitację oraz stypendystą Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej. Jako "visiting professor" gościł na uniwersytetach w Cambridge, Bordeaux, Kyoto, Halle. Autor książek: "Absolut - odniesienie urojone" (Kraków 1994); "Metabolizm" (Rzeszów 195); "Powstanie i ewolucja życia" (Rzeszów 1996); "Trzy ewolucje: Wszechświata, życia, świadomości" (Kraków 1998); "Od neuronu do (samo)świadomości" (Warszawa 2005), From neurons to self-consciousness: How the brain generates the mind (Prometheus Books, New York, 2011). Strona www autora
Liczba tekstów na portalu: 41 Pokaż inne teksty autora Najnowszy tekst autora: Istota życia i (samo)świadomości – rysy wspólne | Wszelkie prawa zastrzeżone. Prawa autorskie tego tekstu należą do autora i/lub serwisu Racjonalista.pl.
Żadna część tego tekstu nie może być przedrukowywana, reprodukowana ani wykorzystywana w jakiejkolwiek formie,
bez zgody właściciela praw autorskich. Wszelkie naruszenia praw autorskich podlegają sankcjom przewidzianym w
kodeksie karnym i ustawie o prawie autorskim i prawach pokrewnych.str. 3105 |
|