يحدد العلماء والفلاسفة قانون الطبيعة التطوري المفقود

مقال نشر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم يصف “قانون الطبيعة المفقود”، الذي يعترف لأول مرة بمبدأ مهم في عمل العالم الطبيعي.

في جوهره، ينص القانون الجديد على أن الأنظمة الطبيعية المعقدة تتطور إلى مستويات أكبر من التنميط والتنوع والتعقيد. بمعنى آخر، لا يقتصر التطور على الحياة على الأرض، بل يحدث أيضًا في أنظمة أخرى معقدة للغاية، من الكواكب والنجوم إلى الذرات والمعادن وغيرها.

وقد كتبه مجموعة من تسعة علماء من معهد كارنيجي للعلوم، ومعهد كاليفورنيا للتكنولوجيا (كالتيك) وجامعة كورنيل، وفلاسفة من جامعة كولورادو.

تصف قوانين الطبيعة “العيانية” وتشرح الظواهر التي تحدث يوميًا في العالم الطبيعي. فقوانين الطبيعة المتعلقة بالقوى والحركة والجاذبية والكهرومغناطيسية والطاقة، على سبيل المثال، تم وصفها منذ أكثر من 150 عامًا.

يقدم العمل الجديد إضافة حديثة – قانون مجهري يعترف بالتطور باعتباره سمة مشتركة للأنظمة المعقدة في العالم الطبيعي، والتي يمكن وصفها بأنها:

• وهي تتكون من مكونات مختلفة مثل الذرات أو الجزيئات أو الخلايا، والتي يمكن ترتيبها وإعادة ترتيبها بشكل متكرر.
• تخضع للعمليات الطبيعية التي تنتج عددًا لا يحصى من الترتيبات المختلفة
• من بين كل هذه التكوينات، يشارك جزء صغير فقط في عملية تسمى “اختيار العمل”.

وبغض النظر عما إذا كان النظام حيًا أم غير حي، فإن التطور يحدث عندما يعمل هيكل جديد بشكل أفضل وتتحسن وظيفته.

ينص “قانون زيادة المعلومات الوظيفية” للمؤلفين على أن النظام سوف يتطور إذا “تم اختيار هياكل مختلفة للنظام لوظيفة واحدة أو أكثر”.

وقال عالم الفلك في كارنيجي الدكتور هانز: “إن أحد العناصر المهمة في هذا القانون الطبيعي المقترح هو فكرة” الانتقاء إلى الفعل “. مايكل ل. وونغ.

في علم الأحياء، ساوى داروين بين الوظيفة في المقام الأول والبقاء على قيد الحياة، أي القدرة على العيش لفترة كافية لإنتاج ذرية خصبة.

وتوسع الدراسة الجديدة هذا المنظور، مشيرة إلى أن ثلاثة أنواع من النشاط على الأقل تحدث في الطبيعة.

الوظيفة الأساسية هي الاستقرار – الترتيبات المستقرة للذرات أو الجزيئات التي يتم اختيارها للاستمرار. يتم أيضًا اختيار الأنظمة التي تعمل بالطاقة بشكل مستمر.

الوظيفة الثالثة والأكثر إثارة للاهتمام هي “الابتكار” – وهو ميل الأنظمة التطورية لاستكشاف هياكل جديدة، مما يؤدي في بعض الأحيان إلى سلوكيات أو سمات جديدة مذهلة.

إن التاريخ التطوري للحياة مليء بالابتكارات، فقد تطورت عملية التمثيل الضوئي عندما تعلمت الخلايا المفردة استخدام الطاقة الضوئية، وتطورت الحياة متعددة الخلايا عندما تعلمت الخلايا التعاون، وتطورت الأنواع من خلال سلوكيات جديدة مفيدة مثل السباحة والمشي والطيران والتفكير.

ويحدث تطور مماثل في المملكة المعدنية. تمثل المعادن المبكرة ترتيبات مستقرة للذرات. وقد وفرت هذه المعادن البدائية الأساس للجيل القادم من المعادن، التي شاركت في أصل الحياة. يتشابك تطور الكائنات الحية والمعادن لأن الكائنات الحية تستخدم المعادن في الأصداف والأسنان والعظام.

في الواقع، تطورت معادن الأرض، التي بدأت حوالي عام 2000 مع فجر نظامنا الشمسي، على مدى 4.5 مليار سنة من خلال عمليات فيزيائية وكيميائية وبيولوجية شديدة التعقيد إلى ما يقرب من 6000 عملية معروفة اليوم.

أما بالنسبة للنجوم، فتشير الورقة إلى أن الهيدروجين والهيليوم هما العنصران الرئيسيان اللذان شكلا النجوم الأولى بعد الانفجار الكبير. استخدمت تلك النجوم المبكرة الهيدروجين والهيليوم لصنع حوالي 20 عنصرًا كيميائيًا أثقل. وقد طور الجيل القادم من النجوم هذا التنوع لتكوين ما يقرب من 100 عنصر.

وقال المؤلف المشارك روبرت م. يقول هازن.

“إننا نجادل بأن النظرية الداروينية هي ظاهرة خاصة جدًا ومهمة جدًا ضمن ظاهرة طبيعية أكبر بكثير. إن فكرة أن الاختيار للوظيفة يدفع التطور تنطبق أيضًا على العديد من المواقف المتكافئة نظريًا، بما في ذلك النجوم والذرات والمعادن وغيرها من الهياكل التي هي خاضعة لضغوط انتقائية”.

يمثل المؤلفون المشاركون بنية فريدة متعددة التخصصات: ثلاثة فلاسفة للعلوم، واثنين من علماء الفلك، وعالم بيانات، وعالم معادن، وعالم فيزياء نظرية.

دكتور. وقال وونغ: “في هذه الورقة الجديدة، نحن ننظر إلى التطور بالمعنى الأوسع – التغيير مع مرور الوقت – الذي يكمن وراء التطور الدارويني من حيث تفاصيل “النسب مع التغيير”.

“يخلق الكون مجموعات جديدة من الذرات والجزيئات والخلايا وما إلى ذلك. وهذه المجموعات مستقرة وستستمر في التطور لخلق المزيد والمزيد من الابتكار. وهذا هو أفضل مثال على التطور في الحياة، ولكن التطور موجود في كل مكان.”

ومن بين العديد من الآثار، تقدم الورقة ما يلي:

1. من خلال فهم كيف أن الأنظمة المختلفة لها مقاييس مختلفة، يمكنها الاستمرار في التطور. تم اقتراح “التعقيد المحتمل” أو “التعقيد المستقبلي” كمقاييس لمدى التعقيد الذي قد يصبح عليه النظام النامي.
2. نظرة ثاقبة حول كيفية التأثير بشكل مصطنع على معدل تطور أنظمة معينة. تشير المعلوماتية الوظيفية إلى أنه يمكن زيادة معدل التطور في النظام بثلاث طرق على الأقل: (1) عن طريق زيادة عدد و/أو تنوع العوامل المتفاعلة، (2) عن طريق زيادة عدد الهياكل المختلفة في النظام؛ و/أو (3) عن طريق زيادة الضغط في النظام بشكل انتقائي (على سبيل المثال، عن طريق دورات التسخين/التبريد المتكررة أو الترطيب/التجفيف في الأنظمة الكيميائية).
3. فهم أعمق للقوى التوليدية وراء خلق ووجود الظواهر المعقدة في الكون ودور المعلومات في وصفها.
4. فهم الحياة في سياق الأنظمة النامية المعقدة الأخرى. تشترك الحياة في بعض أوجه التشابه المفاهيمية مع الأنظمة التطورية المعقدة الأخرى، لكن المؤلفين يشيرون إلى اتجاه بحثي مستقبلي، ويتساءلون عما إذا كان هناك أي اختلاف في كيفية معالجة الحياة للمعلومات المتعلقة بالنشاط (انظر أيضًا https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsif.2022.0810)
5. المساعدة في البحث عن الحياة في مكان آخر: إذا كان هناك خط فاصل بين الحياة واللاحياة مرتبط باختيار النشاط، فهل يمكننا تحديد “قواعد الحياة” التي تسمح للدراسات الفلكية بتمييز هذا الخط الفاصل البيولوجي؟ (انظر أيضًا “هل كانت هناك حياة على المريخ؟ كواكب أخرى؟ بمساعدة الذكاء الاصطناعي، قد نعرف قريبًا”)
6. في الوقت الذي يشكل فيه ظهور أنظمة الذكاء الاصطناعي مصدر قلق، فإن القاعدة التنبؤية للمعلومات التي تصف كيفية تطور الأنظمة الطبيعية والرمزية هي موضع ترحيب بشكل خاص.

قوانين الطبيعة والحركة والجاذبية والكهرومغناطيسية والديناميكا الحرارية وما إلى ذلك. تشفير السلوك العام للأنظمة الطبيعية العيانية المختلفة عبر المكان والزمان.

“قانون زيادة المعلومات الوظيفية” يكمل القانون الثاني للديناميكا الحرارية، الذي ينص على أن الإنتروبيا (الاضطراب) لنظام معزول يزداد بمرور الوقت (وتتدفق الحرارة دائمًا من الأجسام الساخنة إلى الأجسام الباردة).