جمال التطور: صيغة واحدة تربط حجم المخلوق بعملية التمثيل الغذائي فيه، وهي صالحة لكل من الحيوان والنبات.
لماذا ينبض قلب الفأر خلال حياته بنفس عدد ضربات قلب الفيل تقريبًا، على الرغم من أن الفأر يعيش لمدة عام تقريبًا بينما يمكن أن يعيش الفيل 70 عامًا؟ لماذا تتطور النباتات والحيوانات الصغيرة بشكل أسرع من الكائنات الكبيرة؟ لماذا اختارت الطبيعة أشكالاً كثيرة للأشجار المزهرة بينما النمر متناسق؟
وقد أثارت هذه الألغاز اهتمام المهتمين بعلوم الحياة منذ القدم. والآن يقدم أعضاء فريق متعدد التخصصات من الباحثين من جامعة ميريلاند وجامعة بادوا في إيطاليا إجابة محتملة، بناءً على صيغة رياضية معروفة منذ أجيال، والتي لم يتم فهمها بشكل صحيح حتى الآن. في دراسة نشرت في 17 فبراير 2014 في مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم (PNAS)، اقترح أعضاء فريق البحث إعادة التفكير في الصيغة المعروفة باسم قانون كليفر. ويرون أن هذه الصيغة هي إحدى التعبيرات الرياضية لحقيقة تطورية، والتي بموجبها يتم إنشاء أشكال جديدة من النباتات والحيوانات في نفس الوقت لتكون أكثر كفاءة من حيث الطاقة.
وينص قانون كليفر على أن عملية التمثيل الغذائي تساوي كتلة الجسم قوة ثلاثة أرباع. تعتبر الصيغة التي تحمل اسم عالم الأحياء السويسري ماكس كليبر (Max Kleiber) من أكثر الصيغ شيوعا في علم الأحياء وقد صاغها كليبر في ثلاثينيات القرن العشرين، وتظهر الصيغة أنه كلما زاد حجم الكائن الحي، زاد معدل التمثيل الغذائي وعمره بمعدل أكبر. معدل يمكن التنبؤ به. وهي مناسبة للمراقبة الشاملة بدءاً من استهلاك الحيوان للطاقة وانتهاءً بعدد نسله. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدام الصيغة لحساب الجرعة الصحيحة من الأدوية المخصصة للبشر والتي ينبغي اختبارها على الفئران.
ولكن لماذا تم تطبيق قانون كليفر؟ ولم تتمكن أجيال من العلماء من إيجاد تفسير بسيط ومقنع لذلك.
وفي الدراسة الجديدة، يقدم الباحثون فرضية مفادها أن أشكال الحيوانات والنباتات تطورت كاستجابة لنفس المبادئ الرياضية والفيزيائية. وباستخدام منطق صيغة كليفر الرياضية وتطبيقها بشكل منفصل على التكوين الهندسي للحيوانات والنباتات، تمكن أعضاء فريق البحث من شرح عقود من الملاحظات.
يقول عالم النبات تود كوك من جامعة ميريلاند: "تطورت أشكال الحيوانات والنباتات في وقت واحد تقريبًا". "كانت للحيوانات والنباتات الأولى أشكال بسيطة، لكن الانتقاء الطبيعي كان له تأثير على كلا المجموعتين، لذا فإن هندسة الأشجار والحيوانات في العصر الحديث تظهر كفاءة مذهلة في استخدام الطاقة. كلاهما متوافقان مع بعضهما البعض، وهذا ما يوضحه لنا قانون كليفر."
تخيل مخلوقين: شجرة ونمر. من الناحية التطورية، لدى الشجرة مهمة أسهل: تحويل ضوء الشمس إلى طاقة ونقله داخل جسمها من أجل البقاء. ومن أجل أداء المهمة بأكثر الطرق كفاءة، طورت الشجرة أغصانًا وأوراقًا ذات مساحة سطحية كبيرة.
يقول الفيزيائي جايانث بانافار، عميد كلية علوم الكمبيوتر والرياضيات وعلم الأعصاب بجامعة ميريلاند: "مساحة سطح الشجرة وحجم المساحة التي تشغلها متماثلان تقريبًا". ويضيف أن "العناصر الغذائية في الشجرة تتحرك بمعدل ثابت بغض النظر عن حجمها".
وبالاعتماد على هذه المتغيرات، قام الباحثون بفحص العلاقة بين كتل أنواع الأشجار المختلفة ومعدل الأيض فيها، ووجدوا أن هذه العلاقة تتوافق مع قانون كليفر.
وماذا عن الحيوانات؟ للحفاظ على كتلته، يجب على الحيوان أن يأكل. حرق الطعام يولد الحرارة، وعلى الحيوان أن يجد طريقة للتخلص من الحرارة الزائدة. الطريقة الأكثر فعالية للقيام بذلك هي التبريد باستخدام السطح المواجه للخارج - الجلد. ومع ذلك، نظرًا لأن سطح جلد النمر، على سبيل المثال، صغير بالنسبة لكتلته، فإنهم يفشلون في أداء المهمة؛ تسخن قشرة الجلد وقد يحترق فرائها. لذلك، كلما زاد حجم الحيوانات، زاد معدل التمثيل الغذائي لديها بمعدل أبطأ من الحجم، وإلا فلن تتمكن من التخلص من الحرارة الزائدة. يجب أن ينمو التمثيل الغذائي بالمعدل الذي ينمو به المخلوق نفسه إلى قوة الثلثين. ومع ذلك، فإن قانون كليفر والملاحظات التي يستند إليها تتحدث عن قوة ثلاثة أرباع.
ومن الواضح أن هناك عاملًا مفقودًا في الصورة، ولاكتشافه قام الباحثون بالتنقيب في البيانات. واقترح بعضهم إضافة الجزء الذي تشغله الأعضاء الداخلية إلى المعادلة؛ وركز آخرون على الشكل المتفرع أو الكسري، الذي يميز أغصان الأشجار والأوعية الدموية الحيوانية، لكنهم أضافوا افتراضات جديدة حول حجم السوائل في الفروع الكسورية.
وقرر الباحثون أنه يجب فحص متغير آخر وهو معدل حركة الغذاء في جسم الحيوان والحرارة التي يستهلكها. وقام أعضاء الفريق البحثي بحساب معدل ضربات القلب، الذي يدل على قوة ضخ الدم في القلب، ووجدوا أن التغير في سرعة تدفق الدم يساوي كتلة الحيوان إلى قوة واحد مقسوما على اثني عشر.
وقال عالم الهيدرولوجيا أندريا رينالدو من جامعة بادوا في إيطاليا من مدرسة الفنون التطبيقية الفيدرالية في سويسرا: "كانت البيانات موجودة طوال الوقت ولكن كان لا بد من ملاحظتها". ويضيف أنه "يجب على الحيوانات أن تضبط تدفق العناصر الغذائية والحرارة مع التغيرات في كتلتها للحفاظ على أقصى قدر من كفاءة الطاقة. ولهذا السبب تحتاج الحيوانات إلى المضخة - القلب - ولا تحتاج إليها الأشجار."
وبإضافة هذا المتغير إلى المعادلة، توصل الباحثون إلى شرح كامل لقانون كليفر.
يوضح الفيزيائي آموس ماريتان من جامعة بادوا: "الإجابة الأنيقة هي في بعض الأحيان الإجابة الصحيحة، وهذه الإجابة لها أناقة بمعنى استخدام الحجج الهندسية البسيطة". "لا تتطلب الصيغة هياكل خاصة ولها متطلبات قليلة جدًا. لدينا سلالتان - الحيوانات والنباتات - وعلى الرغم من اختلافهما الشديد عن بعضهما البعض، إلا أننا في كليهما نصل إلى نفس النتيجة. وهذا ما يسمى التطور المتقارب والنتيجة المذهلة هي أنه مستمد من قوانين الفيزياء والرياضيات."
للحصول على معلومات على موقع جامعة ميريلاند
تعليقات 26
أنت على حق بشأن التقدم. يعتقد الشخص المستنير أنه يكفي أن يقول اليونانيون القدماء شيئًا ما لجعله غير صحيح. قمة التنوير.
وخاصة الشخص المستنير يميل إلى تجاهل المطالبات الرئيسية ولا يعترف بأنه لا يفهم ما يدور حوله، فقط أن الآخر غبي.
نقطة
أنت مرتبك بعض الشيء. قليلا جدا على ما أعتقد
جهاز الكمبيوتر الخاص بي يستخدم الطاقة الموجودة على الطاولة ولا يوجد أي إرسال أثناء الحركة.
"الحجر لديه طموح للانجذاب نحو الأرض" - هكذا كان يعتقد اليونانيون القدماء، عليك أن تتحرك مع الزمن 🙂
إن استمرار ردك ما هو إلا أسوأ، ولا يستحق التطرق إليه...
من أجل الحفاظ على شيء ما، يجب عليك اتخاذ إجراء يمنع الحفاظ عليه. وهذا بالضبط ما يفعله قانون الطبيعة. إنه نفس الشيء من وجهتي نظر متعارضتين.
قانون حفظ الطاقة يظل قائما دائما. قانون الحفاظ على الزخم ينطبق دائما. القوة هي ببساطة مشتقة من الزخم.
لنفترض أنك تحمل حجرا في يدك. لذلك أنت تعارض تسارعها نحو الأرض. تشعر بالجهد الذي تبذله. تشعر بالقوة. هذه القوة التي تشعر بها تثبت أن الحجر لديه رغبة في الانجذاب نحو الأرض. ويتأثر هذا الطموح بالمستقبل. الحجر يعرف أين يوجد الحد الأدنى ويجتهد هناك. وهذا ما يسمى التأثير من المستقبل. إذا كان الحجر لا يعرف عن المستقبل، فلن تعمل عليه أي قوة.
نقطة
أنت تناقض نفسك: "العناية بالمحافظة عليها" و"العمل بها" شيئان مختلفان. هناك نماذج رياضية نعرف من خلالها كيفية التنبؤ بما سيفعله الكهف المادي مع مرور الوقت.
مثال: يسقط حجر ويتسارع. يتسارع الحجر بسبب تأثير قوة عليه، وعدم امتثاله لقانون حفظ الطاقة.
طلبت منك أن تعطيني مثالا معاكسا..
معجزات، لا نستطيع أن نقول سبب حدوثها، لذلك نسميها قانون الطبيعة.
عندما نحدد قانون الطبيعة تلك الأشياء التي تحرص الطبيعة على الحفاظ عليها (التصرف عليها).
ولكن لماذا تهتم الطبيعة بقوانين الطبيعة؟ ما هو الهدف من ذلك؟ ليس لدينا إجابة.
هل كل هذا يؤدي إلى أي مكان؟ ليس لدينا إجابة.
نقطة
لماذا تعتقد أن الطبيعة تهتم بهذا؟ ما هو دافعه؟ بعد كل شيء، القلق له غرض، أليس كذلك؟
لا أفهم ما هو غير الواضح في ما قلته.
بمعنى آخر: من بين جميع المسارات الممكنة (S) للحظة التالية، ستتأكد الطبيعة من أن dS = 0. وهذا يعني أنه من بين جميع الإجراءات الممكنة في الحاضر (لغرض الموضوع، هناك احتمالات لا حصر لها )، تتأكد الطبيعة من اتخاذ الخيار الذي سيعطي الحد الأدنى من الإجراء من الحاضر إلى اللحظة التالية (التي تكون في المستقبل). وكل هذا مجرد ميكانيكا كلاسيكية.
نقطة
أنا لا أتجاهلك، أنا من يرد عليك. ألم تلاحظ؟
أنت تقول "الطبيعة تعتني بالتقليل من أجل المستقبل" - وأجبت بأن هذا غير صحيح. ماذا عن الطبيعة والمستقبل؟ في الطبيعة لا يوجد سوى حاضر مذنب بالماضي. هذا كل شيء.
إذا كنت تعتقد خلاف ذلك - أرني ظاهرة تحدث بسبب المستقبل وليس بسبب الماضي. ابدأ بفيزياء نيوتن، حيث من المحتمل أن يكون الأمر أسهل بالنسبة لك.
المعجزات أنا أتحدث إليكم بالضبط عن الفيزياء الكلاسيكية ولسبب ما تتجاهلون ما أقول وتشيرون إلى أشياء هامشية مثل تجسيد الطبيعة.
"تُظهر الصيغة أنه كلما زاد حجم الكائن الحي، زاد معدل التمثيل الغذائي وعمره بمعدل يمكن التنبؤ به."
البشر والسلاحف والكركند حيوانات صغيرة ذات أعمار طويلة. لماذا الصيغة غير صالحة بالنسبة لهم؟
نقطة
مرة أخرى - أنت تجسد الطبيعة. هل "تهتم" الطبيعة؟ …. بالتأكيد لا.
في الفيزياء الكلاسيكية على الأقل، ليس للمستقبل أي تأثير على الحاضر.
معجزات. عندما تحدث أشياء بسبب أشياء في الماضي، فهذا هو السبب والنتيجة التي تتحدث عنها. ولكن عندما تحدث أشياء بسبب أشياء في المستقبل، فإنها تعتبر هدفًا/غرضًا.
اللحظة التالية هي المستقبل. وإذا اهتمت الطبيعة بالتقليل للمستقبل، فهي العزيمة.
نقطة
هل الطبيعة تختار؟ هل الطبيعة تراقب؟ أين فهمك بالضبط هنا؟ الأشياء تحدث بسبب أشياء، وليس بسبب أشياء.
الأعضاء هنا لا يفهمون الفيزياء كثيرًا.
باختصار، من وجهة نظر مادية، تختار الطبيعة المسار (الفعل) بحد أدنى معين. أي أن الطبيعة تنظر إلى ما يمكن أن يحدث في اللحظة التالية وتختار الحد الأدنى. ومن ثم فإنه يفي بالتأكيد بتعريف الغرض.
ابنتها
أعني لماذا - لأي غرض، لماذا - بسبب ماذا.
صغير الكنغر (لماذا الكنغر؟) يتصرف دون أي غرض. تبلل الأم الفراء ويتسلق الشبل (ليس هذا هو الاسم الصحيح) على طول الفراء المبلل. إنها غريزة، مثل سلحفاة تركض نحو البحر.
إذا طُلب من أحد الباحثين أن يشرح سبب زحف صغير الكنغر إلى الجيب، فماذا نفعل إذا كانت الإجابة "هذا هو غرضه". إنه مثل تفسير أرسطو لسقوط الحجر.
وفي علم النفس أيضاً - إذا قلنا أن الإنسان يريد أن يكون في المجتمع لأن هذا هو هدفه، فماذا تعلمنا؟ لا شئ؟ يجب عليك دائما أن تسأل ما هو السبب. هذا ما تتعلم منه. وإلا أصبح مثل الدين....
بنت
أنت ترتكب خطأ يكرره الكثيرون، لنأخذ شبل الكنغر مثلاً.. يقفز في جيب أمه، فهو يفعل ذلك بدافع الغريزة. لا يتم القيام بالتفكير الواعي. يحتاج كل ذكاء إلى لغة، أو ترتيب لخطة عمل، أو سلسلة من الإجراءات يتم تنفيذها الواحدة تلو الأخرى والتي يمكن أن تشهد عليها. التفكير.. عند الحديث عن الأهداف يجب أن يتم ذلك في سياقات معرفية
معجزات,
وفقا للغة العبرية لماذا ولماذا هما نفس الشيء.
وبالإضافة إلى ذلك، أعتقد أنك كنت على حق فيما يتعلق بالعنوان، ولكن كان يجب أن تتوقف عند هذا الحد، لأنه، على سبيل المثال، شبل الكنغر الذي يولد لديه هدف هو التسلق والوصول إلى جيب أمه، وهذا الشبل لا يتصرف بعقلانية وهذا مجرد مثال واحد من أمثلة كثيرة في الطبيعة، فحتى الحيوانات غير العقلانية لها أهداف.
إذا كان في أي مكان يقول "لماذا" أو "لماذا"
لقد كتب: لماذا، أو ما هي الميزة، أو لماذا هو جيد،
لو كانت الأمور أكثر انسجاما مع الواقع،
وكان هناك توافق أفضل مع معادلة/قانون كليفر.
نقطة
ويمكنك أيضًا أن تقول إن حجرًا وقع على الأرض لأن هذا هو مكانه الطبيعي، ولكن هذا لا يجعل ذلك صحيحًا.
الطائرة القادمة للهبوط الآلي ترفع أنفها استعدادا للهبوط. "الغرض" من رفع المقدمة هو تقليل السرعة، لكن الطائرة ترفع على أي حال لأن هذه هي الطريقة التي تتم بها برمجة كمبيوتر التحكم في التوجيه.
قد يبدو الأمر فلسفيًا بالنسبة لك، لكن بعد ذلك يعتقد الناس أن الغرض من أجنحة الطائر هو الطيران. وإذا كان هناك هدف، فهناك كائن هدفه هو، وفجأة هناك الله وكل أنواع الهراء من هذا القبيل.
في رأيي، من الصحيح دائمًا أن نسأل "لماذا" وليس "لماذا"، لأن الكائنات الذكية فقط هي التي لديها أهداف.
هذه المعادلة "نظيفة" للغاية بالنسبة لما يحدث بالفعل في الطبيعة، لأنه حتى لو كان التمثيل الغذائي، على سبيل المثال، ثابتا، ففي نفس الوقت يجب على الشجرة أو الحيوان أن يحارب الآفات والأمراض التي هدفها القضاء على مضيفها ، وهذا يتطلب قدرا كبيرا من الطاقة والإبداع. يبدو لي أن هذه دراسة تتحدث عن عنصر واحد متكيف في التطور، لكنها بالتأكيد ليست الهدف أو العامل الدافع، كما هو مكتوب هنا.
عندما يجب أن يحدث شيء ما، يمكنك القول أن هذا هو هدفه.
أود أن أغير كلمة "غرض" إلى "عامل محفز" - مثل التفاعلات في الكيمياء، التي ليس لها غرض ولكن لها عامل يجعلها تسير في "اتجاه" معين.
توفير الطاقة هو هدف كل عملية فيزيائية والبيولوجيا جزء من الفيزياء
السيد = النمر
مرحبا ابي
الصورة المرفقة بالمقال هي لنهر دجلة وليست للسيد. يرجى استبدال صورة أو اسم عن الحياة التي تظهر فيها.
هناك عدة مغالطات في متن المقال، لكن لا أعلم هل هي بسبب الترجمة أم ادعاءات الباحثين. لسوء الحظ، الوقت الذي يمكنني تخصيصه لموضوع هذا الأسبوع قد انتهى.
أبي
إن عبارة "الغرض" من التطور تزعجني. العمليات ليس لها هدف، فهي نتيجة لشروط مسبقة.
سأكون أكثر تطرفًا، فالناس ليس لديهم أهداف حقًا أيضًا. نحن نتصرف دائمًا بسبب شيء ما، وليس من أجل شيء ما.