أحد الألغاز العظيمة التي تواجه العلم اليوم هو - هل من الممكن أن الحياة على الأرض بدأت بمجموعة ثابتة من الجزيئات الثابتة * اكتشف باحث من معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا الخوارزمية المسؤولة عن ذلك
أحد الألغاز العظيمة التي تواجه العلم اليوم هو: هل من الممكن أن الحياة على الأرض بدأت بمجموعة ثابتة من الجزيئات؟ وبحسب البروفيسور إريك وينفري من قسم الحوسبة والأنظمة العصبية في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا، فإن أساس الإجابة يكمن في فهم النشاط الحسابي، الخوارزمية. أي كيف يتم توجيه كمية صغيرة من المعلومات إلى إنشاء وتنظيم الهياكل والسلوكيات.
في الأنظمة البيولوجية، القدرة على إنشاء نسخ متماثلة ذاتية (أو بمعنى آخر - التكاثر) هي في الواقع شكل من أشكال معالجة المعلومات. تعكس العمليات التنموية الطريقة التي يتم بها تفسير المعلومات الوراثية المختصرة إلى كائن ناضج. إن كيفية تعريف الكائنات المعقدة بإيجاز هي في الواقع مسألة الخوارزمية.
في الطبيعة، يبدو أن كل تعقيدات الحياة وتنوعها تقريبًا، من الفيروسات والبكتيريا والنباتات إلى مختلف الحيوانات والبشر، ونعم، جميع المسارات البيوكيميائية في الخلايا، "المخططات" لخلق الجسم و خلق أعضاء معقدة مثل الدماغ - يتم تشفير كل شيء بواسطة جزيئات الحمض النووي. كيف يحدث ذلك؟
ووفقا للبروفيسور وينفري، تركز الأبحاث حاليا على فرعين رئيسيين. الأول - علم الأحياء الجزيئي، وهو مجال يدرس كيفية عمل الخلية وطريقة استقبال المعلومات في الخلايا وكيفية معالجتها. والثاني - الأنظمة التكنولوجية والنظرية والبناءية التي تحاكي الأنظمة البيولوجية، وعادة ما تستخدم النماذج الرياضية وأجهزة الكمبيوتر. ووفقا له، هناك عدد قليل جدا من النماذج الحسابية أو التطبيقية القائمة على الكيمياء الحيوية الجزيئية الحقيقية، كما هي موجودة في الطبيعة ("الحساب الجزيئي الحيوي").
وفقًا لهذا النهج في الحساب الجزيئي الحيوي، بدلاً من محاولة التحقيق بالتفصيل في العمليات التي تحدث في كائنات حية مختلفة، يتبع البروفيسور وينفري وفريقه نهجًا هندسيًا. أي أنهم يحاولون بناء نظام يحتوي على عدة مكونات أساسية (أي جزيئات حقيقية) وطرق تجمعها في نظام يمكنه وصف السلوك الديناميكي. التخلص من عالم الكمبيوتر باستخدام نوع من "لغة البرمجة" والمترجم.
وفي المقال المنشور في مجلة Science، يصف الباحثون النظام الذي بنوه، والذي يعتمد على جزيئات الحمض النووي فقط. وفقا للنظام، من الممكن إدخال عدد محدد من الجزيئات (المدخلات)، التي تحتوي على معلومات. تتيح هذه المعلومات إنشاء منتج (مخرج)، أي جزيئات جديدة. ولاحقا، يتم تسريع التفاعلات الإضافية بطريقة سريعة وهامة، عندما تنشأ القوة الدافعة للعملية من التغيرات الهيكلية في الجزيئات (التفاعلات المدفوعة بالإنتروبيا)، وتمكن من زيادة العملية. في هذا النوع من الأنظمة من الممكن إنشاء دوائر محددة مختلفة، وبدرجات مختلفة من التعقيد، اعتمادًا على "المدخلات" المدخلة.
اختار الباحثون استخدام جزيئات الحمض النووي لأنه يمكن تصميمها لاستخدامها في مجموعة متنوعة من المهام، بما في ذلك، من بين أمور أخرى، استخدامها كهياكل هندسية، واحتواء المعلومات ومعالجتها، والمحفزات الكيميائية (المحفزات)، والدفع، والمزيد. يشتمل التفاعل الأساسي على شريط DNA الذي يستخدم "كوقود"، وثلاثة خيوط DNA التي تشكل ركيزة، ومحفزًا يتيح فصل الخيوط التي هي مخرجات ونواتج الإشارة عن الجزء المتعلق بها وهو عبارة عن منتج لا فائدة له. جميع مكونات النظام هي جزيئات الحمض النووي، والتفاعل بينها يعتمد على التطابق بين القواعد.
في الخلايا الحية، تصبح المسارات البيوكيميائية ممكنة وتوجد بطريقة موثوقة ومتسقة، في بيئة مليئة بالمكونات الكيميائية المختلفة. إن تفرد النظام الذي بناه البروفيسور وينفري وطالبه البحثي ديفيد يو تشانغ وشركاؤهم هو أن الدوائر الكيميائية الحيوية التي صمموها بناءً على جزيئات الحمض النووي يمكن أن تحدث في بيئة تحتوي على خليط من العديد من الجزيئات الكبيرة الأخرى. يمكن استخدام هذا النظام للكشف عن الإشارات البيوكيميائية وتطوير أدوات تكنولوجيا النانو المعتمدة على الحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك، فإنه قد يقربنا من فهم المبادئ التي يقوم عليها وجود العمليات في الطبيعة.
للحصول على ملخص المقال العلمي في العلوم
تعليقات 8
عزيزي جوناثان
لم أزعم في أي وقت من الأوقات في الرد السابق أن الحمض النووي الريبوزي (RNA) قد تشكل بشكل عفوي، لذلك لا أفهم لماذا يتعارض المقال الذي أرسلته (بالمناسبة، مقال مثير جدًا للاهتمام) مع كلامي. ما أدعيه هو أن جزيء الحمض النووي الريبي (RNA) الذي يتضاعف ذاتيًا ربما سبق جزيء الحمض النووي (DNA) الذي يتم على أساسه بناء شريط الحمض النووي الريبي (RNA) والذي يُترجم منه البروتين. هذه إحدى خطوات التطور الجزيئي لجزيء DNA. كما تصف المقالة بشكل جيد، يبدو أنه كانت هناك أنظمة أبسط سبقت تكوين جزيء الحمض النووي الريبي (RNA).
إذا كان المعلق فوقي هو البروفيسور أهارون تشاتشانوفر وليس محتالًا ما، فعليك إلقاء نظرة على مقال البروفيسور روبرت شابيرو في العدد 31 من مجلة ساينتفيك أمريكان:
http://clickit3.ort.org.il/Apps/WW/Page.aspx?ws=85a7134d-1c7c-4582-8621-cd2748720225&page=fb76dffb-ac17-4243-a91b-410ff1a3497e&box=5bbd9e16-fbe1-4e1a-bb53-578ae0872339&_pstate=item&_item=1a99b52d-2990-4266-be56-c491f34c1467
إلى المستجيب بارد
إحدى خصائص الحمض النووي الريبوزي (RNA) هي أنه بالإضافة إلى دوره كقالب لبناء البروتين، هناك تسلسلات من الحمض النووي الريبي (RNA) ذات نشاط تحفيزي (على سبيل المثال، نواة الريبوسوم). وهذا يعني أن تسلسل معين من الحمض النووي الريبي (RNA) يمكن، بسبب بنيته المكانية المحددة، أن يتصرف مثل الإنزيم ويقوم بأنشطة مختلفة في الخلية. إذًا لدينا جزيء RNA يحتوي على معلومات معينة، وقادر على أداء إجراءات مختلفة على جزيئات RNA الأخرى، وقادر على تكرارها وتكرار نفسها. تدعي إحدى نظريات تكوين الحياة أنه في البداية تكونت جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) التي كانت لديها القدرة على التكاثر الذاتي (مستقلة عن البروتينات أو المواد الأخرى) وبعد ذلك فقط تم إنشاء هذه الخلايا الأولية، وهي مخلوقات قائمة على الحمض النووي فيها معظم الكائنات الحية. يتم النشاط الخلوي من خلال البروتينات.
عزيزي جوناثان
لقد وثقت في أن القراء سيفهمون بأنفسهم أنني استيقظت في وقت ما من نوم الصباح الذي وقع علي (يحدث في معظم الصباح مؤخرًا) وجلست لكتابة التعليق!
لكنني أفهم أنه يضغط عليك عند نقطة الرغبة في الحمض النووي والجزيء وما بعده! علماً أنني لم أستبعد وجود الإرادة الفائقة! وليس أنني أؤمن بوجوده... ولكن يجب أن تفكر وتريد وتؤمن بأن الله مشارك في كل مرحلة من مراحل خلق الحياة وبشكل عام في كل شيء في الحياة!
وأود أن أضيف إلى ردي قبل أن أذهب إلى النوم لأنني آمل أن يدرسوا في المستقبل الحمض النووي من نقطة الرغبة وكما ذكرت بين قوسين في ردي السابق فهو دافع يمكن قياسه وخلقه.. ولذلك في المستقبل إذا تمكنوا من خلق "الدافع" في مختلف القوى والأشكال وجعل الحمض النووي يبدأ في التحرك... فإن الحمض النووي سوف ينفذ إرادته وسيبدأ الباحثون في تطوير الأشياء التي خططوا لها!
سيكون مثيرا للاهتمام أحلام ذهبية!
قاد. الانفجار الكريم
يظهر من كلامك أنك كتبت التعليق وأنت نائم، لأنه لا يعني أنك استيقظت بعد ذلك. كل الاحترام! كيف فعلتها؟
لنفترض أن هناك DNA أو RNA أو أي شيء آخر.
كيف يمكن لنواة المعلومات هذه أن تبني خلية؟ ألا تحتاج إلى الكثير من الإنزيمات المعقدة والأكسجين والمعادن والفيتامينات والكثير من الهراء حتى تتمكن الخلية من تكرار نفسها؟ (أو في حالتنا أن يعد نفسه)
مقالة جيدة ومثيرة للاهتمام. شكرا!
هذا الصباح قبل أن أعود إلى النوم سألت نفسي إذا كان لدى دانا وصية؟ هل يمكن أن يكون لديه إرادة؟ هل يجوز له أن يكون لديه الرغبة؟ لأنه إذا كان لدى دانا إرادة خاصة به... فربما لن يشعر أحيانًا بالرغبة في القيام بأي نوع من التصرفات؟ فينهار الجسد المبني منه كله!
ومن ناحية أخرى، ربما تكون الرغبة في هذه الأحجام مختلفة عما نعرفه وموجود في نقاط قوة وطرق أخرى؟ ولذا ربما تكون رغبة الحمض النووي هي التي تخلق الجزيء الذي بدوره مع رغبته (دافع يمكن قياسه وإنشاءه) يخلق الأنسجة... وهكذا حتى يكون خلق جسده البيولوجي لديه بالفعل رغبة أكبر من الرغبة في ذلك. مجموع كل الرغبات من مكوناتها!!
لقد برز في ذهني بعد الأفكار التي تناولتها المقالة السابقة من اليوم 27 لبداية الحياة من بلورة سائلة.. ولكن يبدو لي أن هذا المقال مناسب أيضًا!
لذلك يمكن أن نطلق على هذه الخوارزمية "الدافع الأولي لخلق الحياة" والرغبة البيولوجية!!
وربما يكون لرغبتنا أيضًا خوارزمية تمثلها؟ معقدة وأكثر تعقيدا بالطبع!
بالمناسبة، باستخدام خوارزمية الرغبة، سيكون من الممكن تحريك الشخصيات الافتراضية باعتبارها تقدم الواقع دون إخبارهم بما يجب عليهم الذهاب إليه وأين وكيف يفعلون، أي بدون نص، ولكن على الهواء مباشرة! وليس البشر فقط بل الحيوانات أيضًا مثل القطط على سبيل المثال... سنحاول التحقق مما ستفعله عشرون قطة معًا؟ ولكن في الواقع السؤال الأول سيكون هل يعرفون بعضهم البعض؟ وهل هناك روابط عائلية بينهما وما إلى ذلك، وبالتالي بناء الملحمة الافتراضية، مسلسل القطة، الذي مجرد نقرة زر ستوقفها أو تبدأها من النقطة التي انتهت فيها دون أن نعرف إلى أين ستقود، إلخ.