Los bioquímicos han imaginado desde hace mucho que los conjuntos autocatalíticos pueden explicar el origen de la vida. Ahora, un nuevo enfoque matemático a estos conjuntos puede tener unas implicaciones incluso mayores.
Una de las cuestiones más desconcertantes sobre el origen de la vida es lo rico que era el paisaje químico que hizo posible que apareciese la vida.
Este paisaje habría consistido, entre otras cosas, en aminoácidos, proteínas y moléculas complejas de ARN. Es más, estas moléculas deben haber sido parte de una rica red de reacciones químicas interrelacionadas que las generaron de una manera sencilla.
Claramente, todo esto debe haber pasado antes de que surgiese la vida. ¿Pero cómo?
Una idea es que los grupos de moléculas pueden formar conjuntos autocatalíticos. Estos son fábricas químicas autosostenibles, en las que el producto de una reacción es la materia prima para otra. El resultado es un ciclo autocontenido de reacciones químicas.
Hoy, Stuart Kauffman de la Universidad de Vermont en Burlington y un par de colegas echaron un vistazo a las más amplias propiedades matemáticas de los conjuntos autocatalíticos. Al examinar esta descripción más extensa, llegaron a la asombrosa conclusión de que podría tener notables consecuencias para nuestra comprensión de la complejidad, evolución y el fenómeno de la emergencia.
Empiezan derivando algunas propiedades matemáticas generales de los conjuntos autocatalíticos, demostrando que tales conjuntos pueden crearse a partir de subconjuntos autocatalíticos de distintos tipos, algunos de los cuales pueden solaparse.
En otras palabras, los conjuntos autocatalíticos pueden tener una estructura compleja por sí mismos.
Pasan a demostrar cómo la evolución puede trabajar sobre un único conjunto autocatalítico, produciendo nuevos subconjuntos dentro de los que son mutuamente dependientes entre sí. Este proceso configura un entorno en el que pueden evolucionar los nuevos subconjuntos.
“En otras palabras, las estructuras autosostenibles funcionalmente cerradas pueden surgir a un nivel mayor (un conjunto autocatalítico de conjuntos autocatalíticos), es decir, verdadera emergencia”, comentan.
Este es un interesante punto de vista sobre la emergencia y ciertamente parece una aproximación sensata al problema del origen de la vida. No es difícil imaginar a un grupo de moléculas que funcionan juntas de esta forma. Y, es más, los bioquímicos recientemente han descubierto conjuntos autocatalíticos simples que se comportan exactamente de esta forma.
Pero lo que hace que este enfoque sea tan potente es que las matemáticas no dependen de la naturaleza de la química – es independiente del sustrato. Por lo que los bloques básicos de un conjunto autocatalítico no tienen por qué ser siquiera moléculas sino que pueden ser unidades que puedan manipular otras unidades de la forma requerida.
Estas unidades pueden ser entidades complejas por sí mismas. “Tal vez no es demasiado aventurado pensar, por ejemplo, en el conjunto de especies bacterianas de tu intestino (varios cientos de ellas) como un gran conjunto autocatalítico”, dicen Kauffman y sus colegas.
Y van incluso más lejos. Señalan que la economía es básicamente el proceso de transformar materia prima en productos tales como martillos y palas que a su vez facilitan una posterior transformación de materia prima, y así sucesivamente. “Tal vez podemos ver también la economía como un conjunto autocatalítico (emergente), que muestra algún tipo de cierre funcional”, especula
¿Podría ser que la misma idea – la teoría general de conjuntos autocatalíticos – explique el origen de la vida, la naturaleza de la emergencia y proporcione unas bases matemáticas para la organización de la economía?
Tal y como Kauffman y sus colegas comentan modestamente: “Creemos que merece la pena trabajar en estas ideas y desarrollarlas más”.
Estamos ansiosos por seguir los progresos en este trabajo.
لقد تخيّل علماء الأحياء منذ زمن طويل، بأنّه يمكن لمجموعات ذاتيّة التحفيز تفسير أصل الحياة.
الآن، ومن خلال طرح رياضيّاتي جديد حول تلك المجموعات، يمكن تحصيل بضعة معطيات هامّة جداً.
إحدى أهم القضايا المحيّرة حول أصل الحياة، هي:
الغنى بالمشهد الكيميائي، الذي أدّى إلى ظهور الحياة.
تركَّبَ ذاك المشهد، بين أشياء أخرى، من الحموض الأمينية والبروتينات وجزيئات الحمض النووي الريبوزي المعقّدة.
بل أكثر من هذا، يتوجب على تلك الجزيئات تشكيل جزء من شبكة غنيّة من التفاعلات الكيميائية المترابطة ، التي ولَّدَتْها بطريقة بسيطة.
بكل وضوح، كل ما وُجِدَ قبل ظهور الحياة.
لكن، كيف؟
تكمن الفكرة بوجود مجموعات من الجزيئات، التي يمكنها تشكيل مجموعات ذاتيّة التحفيز.
هي مصانع كيميائية ذات دعم ذاتيّ، بحيث يشكّل كل تفاعل ناتج المادة الأوليّة لتفاعل آخر.
فالنتيجة، إذاً، عبارة عن حلقة محتوى ذاتيّ من التفاعلات الكيميائية.
اليوم، ستيوارت كوفمان وزميلان له من جامعة فيرمونت في برلينغتون الأميركية، قد ألقوا نظرة على الميزات الرياضياتيّة الأكثر إتساعاً من المجموعات ذاتيّة التحفيز.
وعند إمتحانهم لهذا الوصف الأكثر إمتداداً، توصلوا الى الخلاصة المُدهشة، والتي يمكنها إمتلاك تبعات هامّة على فهمنا للتعقيد والتطور وظاهرة الإنبثاق.
البدء بعمليات إشتقاق لبعض الخصائص الرياضياتيّة العامّة للمجموعات ذاتيّة التحفيز، إثبات إمكانية خلق تلك المجموعات إعتباراً من مجموعات فرعية ذاتية التحفيز من أنواع مختلفة، وبعضها مُتداخل.
بتعبير آخر، يمكن للمجموعات ذاتيّة التحفيز إمتلاك بنية معقدة بذاتها.
يمضي البحث لإثبات كيف يمكن للتطور العمل على مجموعة وحيدة ذاتيّة التحفيز، فتنتج مجموعات فرعية ضمن المجموعات المستقلة فيما بينها بالتبادل.
تقوم هذه العملية بإعداد وسط، يمكن أن تتطور المجموعات الفرعية الجديدة فيه.
"بكلمات أخرى، يمكن أن تظهر البُنى الذاتيّة التحفيز المغلقة وظيفياً بمستوى أكبر (مجموعة ذاتيّة التحفيز لمجموعات ذاتيّة التحفيز)، ما يعني، ظهور حقيقي".
تشكّل هذه وجهة نظر هامّة حول الظهور، وتظهر، بشكل ملموس، مقاربة معقولة لمشكلة أصل الحياة. ليس من الصعب تخيُّل مجموعة جزيئات تعمل معاً وفق هذه الصيغة.
بالاضافة لأنّ علماء الأحياء الكيميائيين، ومن فترة قريبة، قد إكتشفوا مجموعات ذاتيّة التحفيز بسيطة، تسلك بالضبط وفق هذه الصيغة.
لكن، ما يعزّز قوّة هذا الطرح هو عدم إعتماد الرياضيات على طبيعة الكيمياء – فهي مستقلة عن الأساس.
فاللبنات الأساسيّة لمجموعة ذاتيّة التحفيز، لا يهم إن تكن جزيئات، بل ربما هي وحدات يمكنها تشغيل وحدات أخرى بصيغة مطلوبة.
يمكن أن تشكّل تلك الوحدات ذاتيات معقدة بذاتها.
يقول كاوفمان وزملاؤه:
"ربما، التفكير، على هذا النحو، ليس مغامرة كبرى، فعلى سبيل المثال، في المجموعة البكتيرية المتواجدة في أمعائك (بضع مئات من تلك المجموعات) مثال ساطع على مجموعة كبرى ذاتيّة التحفيز".
ويذهب البحث لنقاط أبعد.
فيشير الباحثون لأنّ الإقتصاد، بشكل أساسيّ، هو عملية تحويل للمادة الأولية إلى منتجات، مثل المطرقة والمجرفة والتي، بدورها، ستسهل عملية تحويل مستقبلي إلى مادة أوليّة، وهكذا بالتتابع.
"ربما يمكننا رؤية الإقتصاد بوصفه مجموعة تحفيز ذاتيّ (بارز)، والتي تُبدي نوع من الإغلاق الوظيفيّ".
هل يمكن لذات الفكرة – النظرية العامة لمجموعات التحفيز الذاتيّ – أن تفسّر أصل الحياة، طبيعة الظهور أو الإنبثاق، وتُوفّر قواعد رياضياتيّة لتنظيم الإقتصاد؟
يعلّق كاوفمان وزملاؤه، وبتواضع جمّ:
"نرى بأنّ العمل على هذه الأفكار يستحق العناء والتطوير أكثر".
نحن توّاقون لمتابعة كل أشكال التقدُّم الممكنة في هذا البحث.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق