ولدت التشفير

ما هي العلاقة بين نصوص الأفلام وشاشات التلفزيون والشفرة الوراثية؟ ماذا يحدث في غياب التشفير البصري؟ وما الذي يمكن تعلمه من هذا؟

الدكتور تسفي تيلوستي. كما هو الحال في الفيلم

يمكن أن تبدأ هذه القصة، إذا أردت، من الصورة الافتتاحية في فيلم "Twin Peaks" لديفيد لينش. تومض شاشة التلفزيون بالأبيض والأسود بلا توقف، مما يؤدي إلى عمى المشاهد ومؤلمته وإزعاجه. وهكذا، بعد بضع ثوان، يتم وضع الفأس على شاشة التلفزيون وتحطيمه، مصحوبة بصرخة رعب مدوية، ويتم استقبالها بالارتياح. أي شيء أفضل من الارتعاش الخشن الذي لا معنى له. يفضل الدماغ الأنماط البصرية ذات الخطوط العريضة الواضحة التي يمكن فك شفرتها والتعرف عليها.
قد يكون الانتقال بين الشاشة الوامضة والصورة الحادة أيضًا عبارة عن نص أو نموذج يصف ولادة الرموز الجزيئية مثل الشفرة الجينية. الصورة المعروضة على شاشة التلفزيون هي في الواقع عبارة عن تشفير: فهي مبنية على شكل جدول مطابقة بين إحداثيات البكسل على الشاشة واللون الذي يشع من البكسل. الشفرة الوراثية هي أيضًا جدول مراسلات بين ثلاثة توائم من قواعد الحمض النووي (الكودونات) والأحماض الأمينية العشرين، وهي اللبنات الأساسية للبروتينات. وبعبارة أخرى، فإن الشفرة الوراثية هي نوع من جدول الترجمة بين
لغتان جزيئيتان: لغة الحمض النووي ولغة البروتينات. إذا عدنا إلى شاشة التلفزيون الوامضة، نرى على الفور أن الشيء الذي يزعجنا هو عدم وجود تشفير مرئي: جدول المطابقة الذي يخلق الصورة الوامضة على الشاشة عشوائي تمامًا ومتغير باستمرار.
لا يوجد ارتباط بين موقع البكسل ولونه، لذلك لا يمكن استخدام الجدول للترجمة بين لغة الموقع ولغة الألوان. وُلدت الشفرة في اللحظة التي ظهر فيها مثل هذا المحول، ومعها ولدت إمكانية الترجمة من لغة إلى أخرى.
يقول الدكتور تسفي تيلوستي من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم: "في هذه الحالة، من الممكن كتابة نص، أو نموذج رياضي، من شأنه أن يصف ولادة الشفرة الوراثية، من صورة أو موقف لا معنى له مثل الشاشة الوامضة التي تظهر في المشهد الأول من فيلم Twin Peaks. في الصورة الأولى، أو في الحالة الأولية لنموذجنا/نصنا، لا يوجد ارتباط بين أكواد الحمض النووي والأحماض الأمينية. مثل هذا الوضع يمثل عالما قديما حيث يتم إنشاء البروتينات بشكل عشوائي، وبتركيبة عشوائية،
بغض النظر عن الشفرة الوراثية". ما الذي يسبب ظهور الشفرة الوراثية (أو ظهور صورة حادة وواضحة على شاشة التلفزيون)؟ يقول الدكتور تيلوستي إنه لكي يحدث مثل هذا التحول، يجب أن يجلب معه فوائد كبيرة للكائن الحي، مقابل "سعر" ليس باهظًا. إن ميزة هذا الكود واضحة: فبواسطته، سيكون الكائن الحي قادرًا على تخزين البرامج في جينومه
إنتاج بروتينات متطورة، وتنفيذها في الزمان والمكان الذي يحتاج فيه إلى البروتينات. وثمن التشفير ليس أقل وضوحا: ضرورة إنتاج "آلات" جزيئية يمكنها الترجمة بالدقة المطلوبة من لغة جزيئية إلى أخرى. يحدد "منحنى العائد" الاقتصادي بين الميزة والسعر أن التشفير سيولد بالضبط
عند نقطة الالتقاء والتوازن بين الميزة والسعر.
قام الدكتور تيليستي بفحص توازن القوى هذا رياضيًا، واكتشف أن ولادة التشفير (مثل صورة على شاشة التلفزيون أو التشفير الجيني أو أي تشفير جزيئي آخر) لا تختلف كثيرًا عن ظهور التحول في العالم المادي ، مثل الانتقال بين حالات التجميع (على سبيل المثال، انتقال المادة من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية). ويترتب على هذا التشبيه أن الشفرة الشابة ستكون "سلسة"، أي أنه سيتم أحيانًا ترجمة كودونات متشابهة إلى نفس الحمض الأميني أو إلى حمض أميني مشابه له في خصائصه الكيميائية. سيظهر رمز على شاشة التلفزيون
جزء من ذلك أن وحدات البكسل المجاورة ستكون متشابهة في اللون. يفضل الدماغ والرموز الجزيئية مثل هذه الصور، التي تم إنشاؤها بواسطة تشفير سلس إلى حد ما.

وفي الفصل الأخير والحاسم في "السيناريو" الذي كتبه الدكتور تيلوستي، يتضح أن صورة الشفرة التي انكشفت لأعيننا أثناء مرور العرض مرتبطة بالمشكلة الرياضية المعروفة باسم "مشكلة الألوان الأربعة" . لحل مشكلة الألوان، عليك العثور على "رقم التلوين"، وهو الحد الأدنى لعدد الألوان التي ستكون كافية لتلوين أي خريطة جغرافية بحيث تكون الدول المجاورة بألوان مختلفة. إذا تم رسم الخريطة على كرة، فإن رقم التلوين هو أربعة (وبالتالي اسم المشكلة). ولكن إذا تم رسم الخريطة على طارة (خبز)، وهو سطح به ثقب واحد، فستكون هناك حاجة إلى سبعة ألوان على الأقل. أي أن عدد الألوان يعتمد على عدد الثقوب الموجودة في السطح. لرسم خريطة الشفرة الوراثية، تحتاج إلى سطح به العديد من الثقوب، بين 25 و41. يتم اشتقاق عدد الثقوب من اللغة التي كُتب بها التشفير، وهي ثلاثة أحرف من أبجدية مكونة من أربعة أحرف (القواعد A، T، G، C). ويبدو من النموذج الرياضي أن عدد الأحماض الأمينية التي ستظهر في الشفرة الوراثية السلسة محدود بعدد الألوان. على السطح متعدد الثقوب للشفرة الوراثية، يكون عدد الألوان 25-20، أي قريب جدًا من عدد الأحماض الأمينية في العالم الحقيقي. هذا "السيناريو" الخاص بولادة الشفرة الوراثية، والنموذج الرياضي الناتج، الذي يصف قوانين عمليات تكوين أو ولادة الرموز الجزيئية بشكل عام، تم وصفه مؤخرًا في مقالات نشرها الدكتور تيلوستي في المجلات العلمية Journal of علم الأحياء النظري، ورسائل المراجعة الفيزيائية، والمجلة الإلكترونية للجبر الخطي

المزيد من المقالات حول هذا الموضوع
الرمز الخاطئ