هل الحياة والموت نتاج للعشوائية بالكون؟

نظرية المعلومات بقلم: فيليب بول

لقد ظل الاعتقاد السائد منذ زمن طويل بأن الحياة تمتثل لمجموعة قوانين خاصة بها، ولكن مع التوصل إلى أن الأنظمة البسيطة جدا تظهر تصرفا يوحي بوجود حياة بها جعل العلماء يتسألون حول ما إن كان هذا التعقيد الواضح ما هو إلا نتاج تأثير الديناميكا الحرارية (thermodynamics)

للاجابة عن التسأول بخصوص الفرق بين قوانين علم الطبيعة وعلم البيولوجيا ” الاحياء” ، قم بأخذ كرة غولف وكرة معدنية وقم برميهما من أعلى برج بيزا، ستكتشف أن قوانين علم الطبيعة ” الفيزياء” ستمنكك من التوقع بمسارهما تحت تأثير قوة الجاذبية الأرضية بدقة متناهية جدا كالتي توقعتها. والان قم بإعادة نفس التجربة ، مع استبدال الكرة المعدنية بحمامة . بالطبع ، الكائنات الحية ” التي لها انظمة بيولوحية” لا تمتثل لقوانين الفيزياء، كما أن قوانين الفيزياء لا تطبق على الانظمة الحية للتنبوء بتصرفاتها او بسلوكها، بل على العكس، فالكائنات الحية ينطبق عليها ما يعرف بالغريزة الموجهة: أي غريزة البقاء والتكاثر.

يمكننا القول بأنها ” أي الكائنات الحية”، لها غرض وهو الذي يقودها ويحدد سلوكها، او كما عرفها الفلاسفة بطريقة اكثر تقليدية ” سلوك الغائية ” أي العشوائية” ” لنقم الان بالتنبوء من منظور فيزيائي” ولنبدء بتوقع كيف كانت حالة الكون بعد الانفجار العظيم لجزء من المليون من الثانية؟ ما هي هيئته؟، ولكن لم يكن لاي أحد أن يتصور بأن ظهور الخلايا الاولية على الارض كانت ستؤدي للتنبوء بظهور العنصر البشري. كذلك يبدو ان القوانين لم تحدد مسار التطور. و من ضمن ما أدلى به عالم تطور الاحياء أرنست ماير ، الأمر الذي أكسبه مكانة متفردة ضمن العلماء، إن عاملي الغائية والصدفة الزمنية لقوانين الطبيعة مشتقان بالطبع من الاساس العام الوحيد لها الا وهو التطور، وهو يعتمد على الفرصة والعشوائية، ولكن يظل عامل الانتقاء الطبيعي هو من ساهم في ظهور الغاية والوسيلة.

فالحيوانات لا تنقاد للماء من خلال مجال مغناطيسي يجذبها اليه، و لكنها تفعل ذلك استجابة لنداء غريزتها وغرضها للبقاء، وبالتالي فإن ارجلها ، من ضمن باقي اعضائها، تعمل على نقلها لمصدر الماء. ويستمر ماير في فرضيته قائلا بأن هذه السمات ( أي الغائية والصدفة الزمنية) قد جعلت من علم الكائنات (البيولوجي) شيئا استثنائيا – أي جعلت منه قانونا في حد ذاته.

ولكن التطورات الحديثة في علم ديناميكا الأجسام الغير متوازنة حراريا وعلوم الأنظمة المعقدة ونظريات المعلوماتية قد خلق تحديا جديدا لهذه الرؤية. وعند اعتبارنا بأن الكائنات الحية عبارة عن وسائل تقوم بعمليات حسابية ، كتجميع وتصنيف بيانات لا يمكن التكهن بخصوصها حول البيئة ، أو اعتبارنا بأن القدرات والميزات البيولوجية ،كالتكاثر والتكيف والميزات العضوية وسمة الغائية، يمكن تفسيره بأنه لم يكن نتاج للتطور الارتجالي ، بل نتيجة حتمية للقوانين الطبيعية، بمعنى أخر: أي كونها ظهرت كنوع من الخواص الفيزيائية للأشياء التي تنتج المواد وتساهم في تطورها ، أو اعتبارنا بأن الغاية والوسيلة ما هما إلا سمتان تحددان مواصفات النظم الحية (الكائنات الحية)، عندها يمكن للكائنات الحية ( الأنظمة البيولوجية) ان تندمج طبيعيا مع قوانين الديناميكا الحرارية وقوانين الميكانيكا الإحصائية ( أي المبنية على الحسابات).

خلال شهر نوفمبر المنقضي، التقى علماء الفيزياء و الرياضيات والكمبيوتر(المعلوماتية) مع علماء الأحياء المهتمون بنظرية تطور الكائنات الحية خلال ورشة عمل عقدت في معهد سانتا فايه بولاية نيومكسيكو بالولايات المتحدة الأمريكية للتناقش والتحاجج فيما بينهم بخصوص التساؤل: إلى أي مدى يمكن اعتبار علم الأحياء (البيولوجي) مختصا؟ وانه لمن دواعي الدهشة أن يؤدي هذا الاجتماع إلى اللا- أجماع على أمر معين، باستثناء فرضية واحدة أتت خلاصة للاجتماع إلا وهي: إن حدث وشكلت أيا من قوانين الطبيعة (الفيزياء) احد مكونات الغائية “العشوائية” للحياة البيولوجية وأنظمتها، فهو يعود لشيء ما يتعلق بنفس المفهوم الجوهري للفيزياء نفسها ألا وهو: المعلومات (الحسابات).

العشوائية والعفاريت:

شهدت فترة منتصف القرن التاسع عشر أول محاولة لإقحام المعلومات والغائية(information & entropy) في قوانين الديناميكا الحرارية (Thermodynamics) وذلك عندما قام العالم الاسكتلندي جيمس كليرك ماكسويل باختراع علم الميكانيكا الإحصائية (أي علم الميكانيكا المبني على الحسابات). قام ماكسويل بتقديم عملية لدمج هذان المكونان ( أي المعلومات والغائية) ضمن قوانين الديناميكا الحرارية ، الأمر الذي سيمكن للقيام بأشياء كانت قوانين الديناميكا الحرارية نفسها تفرض باستحالتها.

لقد أوضح ماكسويل أنه من خلال خواص الغاز ، المتمثلة في الضغط والحجم ودرجة الحرارة، يمكن اشتقاق علاقات ديناميكية حركية دقيقة وصحيحة بالاعتماد على الحركة العشوائية الغير محددة المعالم لعدد لا نهائي من جزيئات الغاز التي تتحرك بحرية في كل الاتجاهات نتيجة للطاقة الحرارية بها. بمعنى أخر، إن الديناميكا الحرارية ( العلم الجديد الذي يدرس انسياب الحرارة) والذي قام بتوحيد خواص المواد على مدى واسع النطاق ( كالحرارة والضغط) هو نتاج الميكانيكا الإحصائية على النطاق الدقيق للجزيئات والذرات. طبقا لقوانين الديناميكا الحرارية، فإن القدرة على استخلاص شي ذا نفع من الموارد الطاقوية بالكون دائما ما كان ضعيفا، بسبب التناقص الدائم لمخزون الطاقة وتراجع عملية التركيز الحراري، فعادة ما يصاحب كل عملية فيزيائية فقدانٌ حتمي في الطاقة على صورة حرارة تتبدد ضمن الحركة العشوائية للجزيئات. هذه العشوائية (الانتروبي) التي تتساوى مع كمية الانسياب الحراري (الديناميكية الحرارية للجزيئات) تعرف ما يسمى ( الانتروبي)، أي قياس العشوائية، وهو ما يطرحه القانون الثاني للديناميكا الحرارية. و في النهاية، يبدو أن الكون سيتناقص حتى يستقر على حالة روتينية متداخلة: أي حالة من التوازن، حيث تصل حالة اللاعشوائية “الانتروبي” الى أقصى قيمة لها والتي تتوقف عندها الاحداث وصيرورة الأشياء “السكون”

هل حكم علينا بهذا القدر المخيف؟ لقد كان العالم ماكسويل مجبرا على تصديق هذه الفرضية ، حيث قام في سنة 1867″ بمحاولة انتقاد القانون الثاني للديناميكا الحرارية موضحا جانب الضعف فيه، وكان يهدف للتقليل من حالة العشوائية “الانتروبي” بفصل الجزيئات السريعة الحركة عن الجزئيات البطيئة الحركة بعد ان قام بوضعها في صندوق بينما لازالت في حركة عشوائية.

قام ماكسويل بفرض مخلوق ما ” الذي اطلق عليه العالم الفيزيائي ويليام طومسون فيما بعد بالعفريت على الرغم من معارضة ماكسويل على الامر، يمكنه رؤية كل جزيء بالصندوق على حدة ، حيث قام العفريت “المخلوق” بتقسيم الصندوق الذي يحتوي على الجزيئات الى قسمان ” فراغان” عبر حاجز مركب به باب منزلق ليعمل كحلقة وصل بين الفراغان. بدء العفريت بمراقبة هذه الجزئيات وهي تتحرك في حالة عشوائية وفي كل مرة يقترب فيها جزيء يملك طاقة حرارية من الفراغ الايمن للصندوق يقوم العفريت بفتح الباب المنزلق ليسمح له بالعبور للناحية الاخرى، و كان يسمح للجزيئات البطيئة الباردة بالجهة اليسرى للصندوق التي تقترب من الحاجز بالسماح لها بالعبور للجانب الايمن للصندوق. في النهاية تحصل ماكسويل على جزئيات باردة في الجانب الايمن من الصندوق ، بينما فصل الجزئيات السريعة المملؤة بالطاقة الحرارية بالجانب الايسر للصندوق، وهذا الجانب يعمل كخزان للطاقة الحرارية والتي يمكن التحكم فيها والاستفادة واستغلالها في شيء مفيد.

هذه الفرضية التي أتى بها ماكسويل ستصبح فقط ممكنة لسببان: الاول، وهو أن العفريت ” المخلوق” يملك من المعلومات اكثر مما نملكه نحن البشر: أي يمكنه رؤية كل جزئي على حدة بدلا من الاعتماد على المتوسط الحسابي لمقدار الطاقة التي تمتلكها كل الجزئيات مجتمعة’ والسبب الثاني هو انه ” أي العفريت” يملك الغاية: أي لديه خطة لفصل الجزئيات الباردة عن الساخنة .

إذا خلص ماكسويل انه باستغلال المعرفة “المعلومات” بالأشياء إلى جانب وجود الغاية يمكن أن نرفض ونبطل قوانين الديناميكا الحرارية. يبدو ان الامر ظل كذلك على الاقل، لقد تطلب الامر مئات السنين قبل ان نتوصل الى معرفة لماذا لا يمكن لتجربة صندوق عفريت ماكسويل ” فرضية ماكسويل” أن تبطل القانون الثاني للديناميكا الحرارية وان تقوم بتحويل الحركية الدائمة للجزيئات الى حالة من التوازن التي تلبس الكون حالة من السكون المميت.

لقد بدء السبب لوجود علاقة قوية بين علم الديناميكا الحرارية وعملية تحليل المعلومات، بمعنى أخر بين قوانين الديناميكا الحرارية وعملية الحسابات للبيانات. اوضح العالم الفيزيائي الالماني من أصل أمريكي ” رولف لانديور بأنه حتى لو تمكن العفريت من تجميع كل المعلومات بخصوص الجزيئات وقام بتحريك الباب المنزلق بسرعة تبلغ اقل من الكسر من الثانية ودون حتى ان يستهلك اي طاقة لذلك، فلابد من دفع ضريبة ما في النهاية، فالعفريت لا يملك ذاكرة تستوعب حركة كل جزئي على حدة، لانه يجب عليه من وقت لاخر ان يقوم بتجديد ذاكرته ، فيمحو كل ما قام بتجميعه عن كل جزئي في كل عملية والاستعداد لمتابعة الجزئيات الاخرى من جديد ، وهذه العملية ” أي محو البيانات القديمة عن الجزئي الفائت” تتطلب بدل مقابل ما لا يمكن تفاديه، انها تستلتزم فقد للطاقة وبالتالي زيادة في عملية العشوائية ” الانتروبي” المصاحبة لها.

لقد قام العالم لانديور عبر قانونه (نهايات لاندور) بإبطال التقدم الذي حققته التجربة المتقنة لصندوق العفريت وقدرته الدقيقة في قراءة حالة الجزيئات ضد القانون الثاني للديناميكا الحرارية، هذا القانون الذي يعرف بحد النهاية المبذول (الطاقة) في عملية مسح المعلومات ( بمعنى أخر أكثر عموما: حد الطاقة المبذول لتحويل المعلومات من صورة إلى أخرى). الكائنات الحية تشبه إلى حد ما فرضية صندوق ماكسويل والعفريت. فبينما المخبار المليء بالمواد الكيميائية التي تتفاعل مع بعضها سينتج عنها طاقة تتبدد في النهاية لتصل الى حالة من التوازن والركود، فإن أنظمة الخلايا الحية تعمل مجتمعة على تجنب حالة التوازن الراكدة والخالية من الحياة منذ نشأة الحياة من حوالي ثلاثة ملايين ونصف سنة مضت.

فهي ( أي الكائنات الحية) تعمل على تحصيل الطاقة من المحيط الذي تعيش فيه لغرض خلق حالة غير متوازنة، وهي تقوم بهذه العملية لغاية ، بما في ذلك البكتريا التي تتحرك ” لغرض” باتجاه مصدر الحرارة والغذاء. في كتابه (ما هي الحياة) الذي صادر سنة 1944، قام العالم الفيزيائي إيروين شرودينجر بالتعبير عن هذه العملية قائلا بأن ” الكائنات الحية تتغذى بالعشوائية السالبة”. ” الكائنات تحقق هذه الحالة من اللا – توازن عبر تصنيف واستغلال المعلومات “، و يضيف العالم شرودينجر بأن ” بعض هذه المعلومات مشفرة في جيناتها ويتم توارثها من جيل لأخر على صورة مجموعة من التعليمات لغرض تحصيل العشوائية السالبة (negative entropy)”. لم يعرف العالم شرودينجر المكان الذي تحفظ فيه المعلومات ولا طريقة تشفيرها، ولكن حدسه قد أملى عليه بأنها تكتب على ما يسمى ” كريستال (بلورة) تكرارية” ملهما كلا من فرانسيس كريك، الذي كان نفسه أحد طلابه في الفيزياء، والعالم جيمس واطسون اللذان قاما في سنة 1953 باكتشاف كيف يتم تشفير المعلومات الجينية في التركيب الجزيئي للحمض النووي (DNA).

إذا هنا يمكن القول بأن ألجين هو ، إلى حد ما، سجل للعلوم الحيوية التي تمكن خلالها أسلاف الكائنات الحية، المنحدرة من نفس السلالة عبر الماضي البعيد، من البقاء على كوكبنا. طبقا لعالم الفيزياء والرياضيات بمعهد سانتا فيه ديفيد والبرت ، الذي نسق لعقد ورشة العمل الأخيرة في معهد سانتا فيه بنيومسكيو الأمريكية، وزميله ارتيمي كولشينسكي ، فإن النقطة الأساسية هي أن الكائنات الحية التي تتأقلم تأقلما جيدا مع البيئة تكون على علاقة ارتباط بنفس البيئة. فالبكتريا التي تسبح يمينا أو شمالا في بحثها الدقيق والثابت باتجاه مصدر الغذاء، تنجح في التأقلم جيدا مع الوسط المحيط بها وتنمو جيدا أكثر من البكتريا التي تسبح عشوائيا في أي اتجاه معتمدة على الصدفة في إيجاد مصدر الغذاء.

إن مدى الارتباط بين الكائن الحي والبيئة التي يعيش فيها تتضمن مشاركتهما لنفس المعلومات بينهما. ويضيف الزميلان العالمان بأن هذه المعلومات التي تساعد الكائن الحي على البقاء في حالة اللا-توازن، وبهذا فهو (أي الكائن الحي) يوظف تصرفه وسلوكه ليستخلص الوظيفة الحيوية المطلوبة منه طبقا للتغيرات التي تحصل في البيئة او الوسط المحيط به، بينما لو لم يتمكن هذا الكائن الحي من الحصول على المعلومات واستغلالها فسيدخل تدريجيا في حالة التوازن التي ستؤدي به إلى الموت ، تماما كحالة تجربة صندوق ماكسويل.

ومن هذا المنطلق، يمكن اعتبار أن الحياة ما هي إلا عملية حسابات تهدف لاستغلال تخزين واستعمال المعلومات الحيوية التي تعمل الحياة نفسها بكل حرفية على توظيفهم بصورة مثالية. إن تفسير العالم لاندرو لتجربة صندوق ماكسويل قد وضعت نهاية صغرى مطلقة لكمية الطاقة اللازمة للعمليات الحسابية التي تقوم بها الذاكرة المحدودة: بمعنى أكثر عموم: مقدار الطاقة اللازمة لمحو تلك الذاكرة.

إن أفضل الحاسبات المصنعة اليوم تعتبر أقل استنزافا وتبذيرا للطاقة من الكمبيوترات التي تستهلك وتستنزف طاقة أكثر منها بمقدار ملايين المرات، لكن طبقا للعالم ولبرت فإن ” اقل قيمة يمكن تقديرها لكفاءة الديناميكية الحرارية للعملية الحسابية التي تقوم بها أي خلية حية تساوي 10 مرات او أكثر من أقل قيمة التي حددها العالم لاندرو في نهايته القصوى. ويستمر العالم ولبرت قائلا ” إن الخلاصة هي أن الانتقاء الطبيعي اهتم بدرجة كبيرة بعملية تقليل قيمة الديناميكية الحرارية (الحركية الحرارية) اللازمة في عملية حساب وتحليل المعلومات”، ” فهي ” عملية الانتقاء” ستعمل كل ما في وسعها للتقليل من القيمة الكلية للعمليات الحسابية التي يجب على الخلية الحية أن تؤديها، “بمعنى أخر، إن الكائنات الحياة ( ربما باستثنائنا نحن البشر) تبدو وكأنها لا تهتم كثيرا بالتفكير مطولا بمعضلة البقاء”. ويضيف العالم ولبرت قائلا بأن ” مسألة التكلفة والمنفعة من العملية الحسابية التي يقوم بها أي كائن حي لتحديد أسلوب سلوكه في الحياة قد تم التغاضي عنها في الكائنات الحية حتى هذه اللحظة.

النظرية الداروينية والجمود

إذا يمكن اعتبار أن الكائنات الحية كيانات تقوم بالتناغم مع البيئة المحيطة مستغلة المعلومات لاستخلاص الطاقة وتجنب حالة التوازن. على الرغم من هذا التعريف الضارب في الإطناب، إلا أنه لم يتعرض لذكر الجينات والتطور اللذان ، وعلى غرار العديد من علماء الأحياء ” البيولوجيين” مثل “ماير” يفترضون أن الغاية والوسيلة للحياة يعتمدان عليهما. حسنا لنرى إلى أي مدى يمكن لهذا التصور بخصوص الجينات ان يمضي بنا؟ باعتبار أن الانتقاء الطبيعي قد قام بتطويرها وتحسينها، لكن هل يمكن اعتبار أن التطور الحاصل بفعل الانتقاء الطبيعي نفسه ان يكون حالة خاصة لحاجة ملحة أكثر باتجاه غرض محدد وحيوي والذي قد حدث للكون المادي الفيزيائي الصرف. فعلا، قد يبدو أن الأمر كذلك. لقد ضل الاعتقاد السائد لفترة طويلة ينظر للتكيف كحجر الأساس الذي تقوم عليه نظرية داروين لتطور الأحياء، ولكن العالم جيريمي انجلاند من معهد ماساتشويستس للتكنولوجيا قد جادل بخصوص ذلك مقدما الحجة بأن التكيف مع البيئة يمكن أن يحدث أيضا في النظم المادية المعقدة العير حية.

التكيف من منظور العالم جيريمي له تعريف أخر خاص يختلف عن منظور داورين بخصوص الكائنات الحية التي تتطور وتتكيف مع البيئة لغرض البقاء. أحد الصعوبات التي يواجهها منظور دراوين بأنه لا توجد طريقة يمكن ان نحدد بها الكيفية التي تكيفت بها الكائنات الحية الا من خلال الرجوع لدراسة مراحل تطورها الذي مرت بها هذه الكائنات عبر الماضي، بينما الكائنات التي تأقلمت وتكيفت مع البيئة تظل تلك التي تطورت لتصبح أكثر قدرة على البقاء ولكن لا يمكنك أن تتوقع كيف حدث هذا التكيف، فالحيتان وعوالق البحر كلاهما قد تأقلم مع البيئة البحرية ، دون أن تكون هناك أدنى علاقة او ارتباط واضح بينهما.

لقد قام العالم إنجلاند بتقديم تعريف للتكيف مشابه للتعريف الذي طرحاه كلا من العالمان شرودينجر وماكسويل، من أن الكيان الحي القادر على التأقلم (التكيف) بشكل ملائم هو القادر على امتصاص الطاقة بكفاءة من وسط بيئي مضطرب ومتجدد بطريقة صعب التكهن بها، إنه ( أي الكائن الحي) يشبه لشخص ما استطاع أن يثبت قدماه بشكل متناسق ومتناغم مع تأرجح ظهر سفينة تسبح وسط بحر مضطرب بينما الآخرون من حوله يتساقطون في الماء. من خلال تطبيق مفاهيم وطرق الميكانيكا الإحصائية على حالة اللا-توازن، قام العالم إنجلاند مع زملاء له بتقديم الحجة على أن النظم التي تتأقلم جيدا هي تلك التي تمتص وتستهلك الطاقة من البيئة خالقة حالة من العشوائية ضمن العملية.

ويمضي العالم إنجلاند موضحا بأن ” تلك الأنظمة المعقدة تنزع إلى الثبات في حالة التأقلم الجيد بشكل يدعو إلى الدهشة” . ويضيف العالم إنجلاند بـأن ” المادة الغير مستقرة حراريا عادة ما تدخل فورا في طور يمكنها من القيام بوظائف حيوية بشكل جيد وسط بيئة متجددة مع الوقت”. لا يوجد في هذه العملية ما يتضمن أو على علاقة بالتأقلم التدريجي مع المحيط الذي طرحه داروين في نظريته بخصوص التحول البيولوجي والتكاثر وانتقال السمات الوراثية.

ويمضي العالم إنجلاند قائلا “حيث لا وجود للتكاثر على الإطلاق في هذه العملية ولكن الأمر الأكثر إثارة هو بخصوص ما نعنيه عندما ننسب أن السبب الفيزيائي المادي لمنشأ احد المخلوقات التي تبدو لنا قادرة على التأقلم ليس بالضرورة ان نفترض وجود أبوان لها من المنظور البيولوجي، ولكن يمكن أن نوضح معنى التطور في خاصية التأقلم باستخدام قوانين الديناميكا الحرارية حتى في الحالات التي تثير طابع الاستغراب حيث لا وجود لعملية التكاثر، وبالتالي هذا دليل على اخطاء في المنطق الدارويني. مع هذا لا يوجد أي تضارب بين الفيزياء ونظرية التكيف لداروين، ففي الحقيقة تعتبر نظرية داروين حالة فيزيائية خاصة. فلو وجد التكاثر، عندها سيصبح الانتقاء الطبيعي الطريق التي من خلالها تكتسب النظم القدرة على امتصاص العشوائية السالبة ( الإنتروبي لشرودينجر) من البيئة للقيام بالوظائف الحيوية. إن التكاثر الذاتي، في الحقيقة، ميكانيكية خاصة تدفع بالنظم الحية المعقدة لتحقيق الاستقرار ، وهذا ما توظفه البيولوجية (الخلايا الحية) ، فلا مجال للاستغراب. لكن في عالم المادة الغير حي حيث لا مكان لعملية التكاثر، فإن تركيب المواد التي تتأقلم جيدا تنزع إلى الانتظام بطريقة دقيقة: مثل تشكل الرمال على هيئة موجات وتلال بمجرد هبوب الرياح خلالها بعد أن كانت في هيئة كثبان. ومن هذا المنظور، يمكن اعتبار أن نظرية داروين للتطور كمثال خاص لمفهوم فيزيائي أكثر عموم والذي ينظم عمل النظم التي في حالة اللا- أتزان

التنبؤ:

إن هذا التصور بخصوص كيفية تأقلم النظم المعقدة مع البيئة المتجددة مكننا أيضا من استنتاج كيفية قيام هذه النظم بتخزين المعلومات، بمعنى أخر أكثر إيجازا، سواء كانت هذه النظم المعقدة تدخل في تركيب خلايا حية ام غير حية، ولكن طالما هي مجبرة على استغلال الطاقة المتوفرة بكفاءة فهي ستصبح تحيا او تعمل كالآلات للتنبؤ. احد التعريفات التي تحدد خصائص الحياة هي: بأنها أنظمة الخلايا الحية بيولوجيا التي تستطيع أن تغير حالتها استجابة لباعث يوجهها في البيئة المحيطة، فعندما يحدث شيء ما حولك، فإنك ستستجيب. كذلك النباتات فهي تنمو باتجاه الضوء لتتمكن من إنتاج السموم للدفاع عن نفسها ضد الطفيليات ومسببات الأمراض. كل هذه البواعث هيا إشارات بيئية لا يمكن التبوء بها، لكن أنظمة الكائنات الحية تتعلم من التجربة عاملة على تخزين المعلومات حول بيئتها لغرض توجيه سلوكها وتصرفها مستقبلا.

إن التنبؤ لا يعتبر خيار، فطبقا لدراسة قامت بها سوزان ستيل من جامعة هاواوي و كافين كروكس ، التي كانت تعمل سابقا بمختبر لاورنس بيركلي الوطني بكالفورنيا، مع زملاء لهما فإن التنبؤ بخصوص المستقبل يعتبر حيويا جدا لأنظمة الخلايا الحية التي تعتمد على استغلال كفاءة الطاقة وسط بيئة متجددة باستمرار. فقد أوضحت ستيل و فريقها بأن تخزين معلومات خلال ماضي الكائن الحي أثناء مرحلة نموه او تطوره ،والتي غالبا ما يكون تنبؤاتها بخصوص بالمستقبل غير ذات نفع، يتبعه مقابل ديناميكي حراري تبدده خلاياها الحية، وعلى ذلك، فلكي تكون الخلية على كفاءة عالية في استغلال الطاقة، يجب ان تكون منتقاة طبيعيا. ففي حالة ما صادف ان خلية الكائن الحي تذكرت ما حدث مصادفة ودون تمييز، فسيلزمها هذا تبديد كبير جدا للطاقة.

ومن جهة أخرى، فلو صادف وان تجاهلت الخلية الحية تخزين أي معلومات بخصوص البيئة التي تعيش فيها، فهي ستتعرض لصعوبات في مواجهة التغيرات الغير متوقعة ” لأنها لا يمكنها التكهن بها”. ويضيف أحد الزملاء المساهمين بالعمل، ديفيد سيفاك، يشتغل حاليا بجامعة سيمون فراسير في برنابي، بريتيش كولومبيا، بأن ” الآلة ” أي خلايا الكائن الحي التي تستغل الكفاءة الديناميكية الحرارية بشكل مثالي يجب ان يحدث فيها توازن بين الذاكرة والتوقع من خلال التقليل من تخزين معلومات ماضي الكائن أثناء مراحل النمو التي مر بها”، وهذا ما يبدو أكثر نفعا للبقاء خلال المستقبل. هنا قد تعتقد بأن الانتقاء الطبيعي قد فضل الكائنات الحية التي تستهلك الطاقة بكفاءة، لكن حتى الأعضاء الحيوية البيولوجية داخل أجسادنا والتي تعمل بشكل مشابه في وظيفته للمضخات والمحركات ، بطريقة ما ضرورية، يجب أن تخزن معلومات خلال مرحلة تطورها ونموها للتوقع المستقبلي. وتضيف ستيل بأن ” هذه الأعضاء الحيوية ، ولكي تتمكن من استغلال الطاقة بكفاءة عالية، يجب أن تقوم بشكل مطلق بتكوين وعي بخصوص العالم الذي تواجهه حاليا حتى تتمكن من التكهن بالقادم”

الديناميكية الحرارية والموت:-

لو فرضنا أن بعضا من سمات تحليل البيانات الأساسية التي تختص بها الخلايا الحية قد فرض عليها لعدم وجود توازن ديناميكي حراري في بيئتها، في ظل غياب ما يعرف بالتطور او التكاثر، فإنه يمكننا ان نتخيل أن استخدام الآلات ، او لنقل، حدث التعاون الاجتماعي يجب ان يكون قد حدث نتيجة للتطور أيضا.

حسنا، لا تبني على هذه الفرضية، فهذه السلوكيات يعتقد بصفة عامة انها خاصية تتميز بها وتحتكرها بعض الكائنات البدائية التي تطورت تطورا راقيا كالقرود والطيور، والتي يمكن أن تحاكى ضمن كيان ذو نظام بسيط تتفاعل جزيئاته فيما بينها. الخاصية تكمن في أن النظام يعمل ضمن محددات: فهو يعمل بطريقة بحيث يزيد من حالة العشوائية، في حالة الجزيئات يمكن تعريفه بالطرق (الخيارات) المحتملة التي قد تسلكها الجزيئات التي قد تتوفر أمامها ضمن وقت محدد.

لقد ظل الاعتقاد السائد منذ زمن طويل بأن زيادة العشوائية هي أحد سمات النظم الغير متوازنة، ولكن النظام موضوع الاختبار في هذا النموذج يخضع لقانون يسمح له بزيادة حالة العشوائية خلال إطار زمني ثابت له القدرة على ان يمتد للمستقبل. بمعنى أخر، له نظرة مسبقة. بمعنى عملي، النظام يراقب كل المسارات التي تؤدي إلى و تدفع الجزيئات إلى اتخاذ مسار يؤدي إلى خلق حالة كبيرة من العشوائية. بمعنى أكثر وضوح، هذا المسار ينزع لجعل كل الخيارات مفتوحة للكيفية التي يمكن ان تسلكها الجزيئات لاحقا.

بهذا يمكننا القول بأن الجزيئات داخل هذا النظام تتعرض لنوع من التحفيز الذي يضمن لها حرية التحرك واتخاذ رد فعل مستقبلي. هذا التحفيز يوجه سلوك الجزيئات خلال أي لحظة. الباحثان اللذان قاما بتطوير النموذج، الكسندر فيسنير غروس من جامعة هارفارد، و كاميرون فريير ، عالم رياضيات من معهد ماساتشوسيتس للتقنية، قد أطلاقا على هذه العملية اسم “قوة العشوائية المؤقتة”. لقد تم محاكاة النظام باستخدام حاسوب :كمبيوتر” بعد ان تم تهيئة جزيئات مادة ما على شكل قرص كمبيوتر وجعلها تتحرك بشكل معد ومحدد، فوجد ان هذه القوة ” العشوائية المؤقتة” أتت بنتيجة مدهشة توحي بالذكاء. في أحد مراحل التجربة، وجد أن أحد الأشكال القرصية للجزيئات، وهو القرص الأكبر، تمكن من استخدام قرص اصغر منه في الحجم كأداة لاستخلاص او جذب قرص ثالث أصغر من داخل قناة ضيقة ، وكنتيجة لتحرير هذا القرص من الجزيئات قد أدى إلى زيادة حالة العشوائية ” الانتروبي” في النظام. في مرحلة أخرى، قرصان كبيران من الجزيئات ، بعد ان تم وضعهما منفصلان في درجان، بالتزامن مع بعضهما، وكرد فعل قاما بجذب قرص ثالث أكبر للأسفل للتفاعل فيما بينهم، تاركين انطباع شبيه بالتعاون المجتمعي.

بالطبع، أدوات التفاعل البسيطة هذه قد استغلت كلمحة للمستقبل، ولكن الحياة كقاعدة عامة لانطبق عليها هذه القاعدة. حسنا، يمكننا أن نسأل ما هي العلاقة بين ما حدث في هذا النظام من عمليات وما يحدث في نظم الخلايا الحية (البيولوجية)؟ يبدو أن الأمر غير واضح! يقول فيسنير غروس ،” لكنني أعمل ألان على أنشاء ميكانيكية بيولوجية عملية منطقية للقوة العشوائية المؤقتة”، مضيفا أنه يعتقد بان هذه الطريقة يمكنها أن تقدم نتائج أخرى عملية مصاحبة في نفس الوقت ، مقدمة خلاصة عن الذكاء الاصطناعي.

ويضيف العالم فيسنير غروس” أتوقع أن أسرع طريقة لتحقيق ذلك هو أن تكتشف مثل هذا السلوك أولا، ثم تقوم بتطبيق مبادئ الفيزياء والقوانين التي تحدد هذه الظاهرة وذلك رجوعا للحظة منذ نشؤها، بدلا من البدء انطلاقا من لحظة تكون الظاهرة والعمل على تطبيق حسابات معينة أو استخدام تقنيات للتكهن بسلوك هذه الظاهرة”. بمعنى أخر، في البدء قم بإيجاد نظام يفعل ما تبحث عنه، ثم قم بالبحث عن كيفية تنفيذه لذلك الفعل. لقد ظل الاعتقاد السائد أن (التعمير) التقدم في العمر سمة يفرضها التطور، فالكائنات الحية تعيش لفترة من العمر تتمكن خلالها من إعادة التكاثر، ولتستمر الحياة مع توفر ظروف البقاء للمواليد الجدد ببقاء الأبوان لفترة طويلة من العمر لتوفير ظروف البقاء، أي الغذاء والحماية والعناية.

لكن يظل هذا جزء من قصة الحياة، حيث يعتقد هيلدجر ماير اورتمان، عالم الفيزياء من جامعة جاكوب ببريمن، بأن التقدم في العمر ليست عملية بيولوجية، بل هو عملية فيزيائية تماما تعتمد على استغلال معلومات الديناميكية الحرارية. ويضيف العالم ماير أورثمان، ” من الواضح بأن عملية استهلاك الخلايا في الأنظمة الحية ليس بالأمر البسيط، حيث أن معظم الخلايا المرنة المكونة لجسم الإنسان تتجدد قبل حتى أن تعطى فرصة للعيش” . ولكن تظل عملية التجدد غير مكتملة بشكل مثالي، فعملية استنساخ معلومات من منظور قوانين الديناميكية الحرارية يفرض ضرورة وجود توازن بين الطاقة والدقة”.

الكائن الحي يملك مصدر محدود من الطاقة، وعليه فإن الاخطاء او عدم الدقة في استغلالها سيتراكم بشكل أطرادي مع الزمن، مما يضطر الكائن الحي أن يستهلك كمية من الطاقة تتزايد بشكل أطرادي للعمل على إصلاح هذا الاخطاء، الأمر الذي ينتج عنه تكون خلايا واهنة وغير ناضجة وبالتالي غير قادرة على أداء وظائفها بالشكل الملائم مما ينتج موت هذا الكائن في الأخر.

أظهرت الأدلة العلمية القائمة على التجربة مدى صحة هذا الطرحّ، حيث تم التوصل منذ زمن طويل بأن خلايا الإنسان المزروعة تبدو قادرة على التجدد لعدد من 40الى 60 مرة قبل أن تستهلك وتصبح كبيرة في السن وغير قادرة على أداء وظائفها بشكل فعال. كما أن الملاحظات الحديثة بخصوص ” التعمير” أي مدى طول فترة بقاء الإنسان على قيد الحياة، أظهرت بأن بعض أسبابا جوهرية تكمن وراء عدم قدرة الإنسان في الاستمرار في العيش طويلا بعد المائة.

توجد نتيجة حتمية لهذا التحفيز الواضح الحادث في الأنظمة المنظمة والتي تتكاثر وتستغل الطاقة بشكل ملائم وتظهر في صورة بيئة غير متوازنة ومتجددة باستمرار، ونبدو نحن البشر كأحد هذه الأنظمة، حيث تعود أصولنا إلى خلايا أولية بسيطة، وهذا ما أخبرتنا به قوانين الديناميكا الحرارية حول ما تقوم به المادة في ظل مثل هذه الظروف. بمعنى أخر، إن ظهور الحياة على كوكب الأرض يعزو إلى وجود مصادر الطاقة مثل الأشعة الشمسية والطاقة الناتجة من النشاط البركاني والتي تعمل على منع حدوث التوازن للمادة، أي كما افترض العلماء، البدء في حث المادة والذي يبدو أساس صيرورة أحداث واقعية حتمية.

في سنة 2006، قام العالم ايريك سميت وزميله المتوفى العالم هارولد موروفيتز من معهد سانتا فيه بتقديم الدليل على أن الطاقة الحركية والحرارية ” الديناميكية الحرارية” للأنظمة الغير متوازنة قد ساعدت في نشوء الأنظمة المنظمة والمعقدة قبل ظهور الحياة البيولوجية على الأرض بعد أن جعلتها تتجنب حالة التوازن، ولنا أن نتصور حال المادة لو ان المكونات الكيميائية الأصلية للمادة اكتفت بالبقاء ضمن روابطها محتفظة بالطاقة القليلة التي لديها معتمدة على النضوج والتطور ببطء شديد ” وهو الطرح الذي قدمه داروين في نظريته”. وفي نفس العقد الذي ظهر فيه هذا الطرح لأؤل مرة، قام الباحثون بوضع بعض الإضافات عليه والتي أعتقد العالم ماير من قبل بأنهما احد أسس الحياة البيولوجية ” الغاية والوسيلة” ، فهاتان الخاصيتان يمكن أن تظهرا كنتيجة طبيعية لقوانين الديناميكا الحرارية والإحصاء، واللتان بدورهما ” خاصيتان عامتان” تؤديان إلي شيء ما كظهور الحياة. في نفس الوقت، اكتشف علماء الفضاء العديد من العوالم الأخرى ، قدروها ببلايين المجرات، والتي تدور في مجرات شبيهة بمجرتنا ، كما أن العديد منها في حالة غير متوازنة، وقليل منها يشبه كوكب الأرض، التي ربما تحتوي على نفس القوانين التي تعمل هنا.