يستهدف نظام إنتاج بكتيريا E-COLI منتجًا واحدًا فقط: فهو يسعى إلى تكرار نفسه، أي إنتاج مصنع آخر. ومثل أي مدير أعمال جيد، فهو يريد الحصول على أقصى قدر من الإنتاج بأقل تكلفة
في كليات إدارة الأعمال، يتم تعليم الطلاب كيفية تحقيق أرباح أعلى: خفض التكاليف، وزيادة الإيرادات، وتحسين عمليات العمل في المصنع قدر الإمكان. من المثير للدهشة أن الشخص الذي يمكنه تقديم رؤى مثيرة للاهتمام في مجال الكفاءة الاقتصادية ليس سوى بكتيريا الإشريكية القولونية، وهي واحدة من أكثر الكائنات وحيدة الخلية التي تمت دراستها. وبطريقة ما، يمكن اعتبار هذه البكتيريا بمثابة نوع من النباتات الصناعية.
يستهدف نظام إنتاج هذه البكتيريا منتجًا واحدًا فقط: فهو يسعى إلى إعادة إنتاج نفسه، أي إنتاج نبات آخر. ومثل أي مدير أعمال جيد، فهو يريد الحصول على أقصى قدر من الإنتاج بأقل تكلفة. وتقاس التكلفة في هذه الحالة بمقدار الطاقة والموارد الأخرى التي تحتاج البكتيريا إلى إنفاقها لإنتاج مختلف مكونات جسمها، والطاقة اللازمة لتجميعها وإنشاء بكتيريا جديدة مستقلة. يتم قياس العائد خلال الوقت اللازم لإنتاج بكتيريا جديدة. والجمع بين هذين العاملين (الوقت والموارد) هو معدل كفاءة "المصنع".
قام الدكتور تسفي تلوستي وطالب البحث أربيل تدمر من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم بتطوير نموذج رياضي يصف نظام إنتاج البكتيريا ويفحص فعاليته. النموذج، الذي تم وصفه مؤخرًا في مقال نشره العلماء في المجلة الإلكترونية PloS Computational Biology، تمكن من وصف هذا النبات الصغير المعقد باستخدام خمس معادلات رياضية بسيطة بشكل ملحوظ. يدرس الأول العملية التي تنتج فيها البكتيريا الريبوسومات، وهي العضيات داخل الخلايا التي تنتج الخلية من خلالها البروتينات (على عكس معظم المصانع البشرية، ينتج مصنع البكتيريا آلاته وأجهزته الخاصة). وبطبيعة الحال، تصف المعادلة الثانية كيف تقوم هذه الريبوسومات بإنتاج البروتينات الأخرى التي تشكل الخلية.
وتركز المعادلة الثالثة على عملية إنتاج الإنزيم الذي تقوم الخلية من خلاله بترجمة المعلومات الوراثية الموجودة في الحمض النووي، وبالتالي إنتاج جزيئات الحمض النووي الريبي المرسال أحادية الجديلة، والتي تحمل المعلومات الوراثية من نواة الخلية إلى الريبوسوم. بمعنى ما، يمكن النظر إلى هذا الإنزيم (المسمى RNA بوليميراز) كنوع من "مدير الإنتاج" الذي يستخدم خطة الإنتاج المخزنة في الحمض النووي لإدارة إنتاج البروتينات بالكميات اللازمة وبالمعدل المطلوب. يتم استخدام بعض الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي ينتجه البوليميراز لبناء الريبوسومات، وبالتالي فإن مدير الإنتاج هو نفسه، في الواقع، نوع من الآلة. تصف المعادلتان الرابعة والخامسة كيف تقوم البكتيريا بتقسيم الريبوسومات ("الآلات") والبوليمرات ("مديري الإنتاج") بحكمة بين المهام المختلفة لإنتاج البروتين، وإنتاج الريبوسوم، وإنتاج البوليميراز. هذه المعادلات الخمس البسيطة تجعل من الممكن حساب معدل تكاثر البكتيريا والتنبؤ به - "النتيجة النهائية" التي يتم من خلالها قياس فعاليتها.
تم اختبار النموذج مقابل تجارب تم فيها قياس معدل تكاثر بكتيريا الإشريكية القولونية، ومن ثم تمت ملاحظة التغيرات التي حدثت في معدل التكاثر نتيجة لسلسلة من التغيرات الجينية التي حدثت في هذه البكتيريا (تم التعبير عن التغيير في إضافة أو حذف جينات مختلفة مسؤولة عن أو تلعب دوراً مركزياً في إنتاج بعض المكونات المركزية في الخلية البكتيرية، على سبيل المثال، الجين المسؤول عن الجزء الرئيسي من بنية الريبوسوم). ونتيجة للتغيرات الجينية، غيرت البكتيريا "استراتيجية الإنتاج" الخاصة بها، وذلك بهدف تحقيق أفضل أداء إنتاجي ممكن في الوضع المحدد المفروض عليها. كان النموذج قادرًا على التنبؤ بدقة بتفاعلات البكتيريا.
على سبيل المثال، يمكن للبكتيريا أن "تقرر" عدد الريبوسومات التي يجب إنتاجها. على ما يبدو، ينبغي للمرء أن يهدف إلى أكبر عدد ممكن من الريبوسومات، لأنه كلما زاد عدد الريبوسومات، زاد عدد البروتينات التي يمكنه إنتاجها في وقت أقل. لكن إنتاج الريبوسوم وصيانته يكلف الكثير من حيث الطاقة. ووجد النموذج أن العدد الأمثل للجينات التي تشفر إنتاج الريبوسوم هو سبعة، كما هو الحال في الطبيعة. علاوة على ذلك، في تلك التي تحتوي على تسع نسخ من جين الريبوسوم، أو خمس نسخ فقط على سبيل المثال، تم قياس كفاءة الاستنبات لتكون أقل مقارنة بالبكتيريا التي تحتوي على سبع نسخ. بمعنى آخر، "يخطط" التطور للنبات ليكون الأكثر كفاءة في ظل الظروف المحددة.
تعليقات 8
الطبيعة مقتصدة
نعم، هذا "الثوم" كان مميتًا تقريبًا :)
ومن المؤكد أن هذه المعادلات سوف تجد فائدة عندما تقوم الروبوتات النانوية بتجميع نفسها.
هوجين:
يكفي.
كم مرة يمكن تكرار نفس الحجة.
أنا أحمل البيانات والأسباب وأنت تأتي بأقوال لا أساس لها من الصحة وتقول لا يوجد دليل.
اسمحوا لي أن أتحدث إلى الأشخاص الذين يفهمون كلامي وأوقفوا محاولاتكم لجرني إلى جدالات عقيمة.
لقد تعلمت مني أنك بحاجة إلى تحديد ما تتحدث عنه والآن تطالب بتعريف لكل كلمة، لذا من فضلك - ابدأ! حدد كلمة "تعريف" واستخدم فقط الكلمات التي حددتها سابقًا!
الدخول مرة أخرى في نفس الجدل الدلالي غير المؤكد.
التطور = التطور / في عملية بطيئة وتدريجية
لماذا لا يوجد اعتراف بأن "الطبيعة" في حد ذاتها وجميع أعضائها ليس لديها "نوع تفكير" أو أنواع دماغية تخطيطية/بديهية/داخلية؟
إذا كنا مفكرين بالفطرة، فلا يوجد سبب يمنع المستويات الابتدائية من "التفكير".
مايكل: لم نحدد بعد "الأفكار الحيوانية" كنوع./ ولم يثبت بعد أنه لا توجد "إرادة" للطبيعة.
هناك فرق كبير بين الآلات الاصطناعية التي تنسب إلى التجسيد، وبين العناصر الطبيعية المتنوعة الأقرب إلى طبيعتنا.
نقطة:
وهذا شكل من أشكال الكلام يجعل التعبير سهلاً للغاية، لذا يصعب تجنبه. نحن نجسد التطور تمامًا كما نجسد الكمبيوتر أو السيارة في كثير من الأحيان. ونحن في كلامنا ننسب الإرادة إلى الجميع، مع أنه يتبين لنا أنهم لا يملكون إرادة.
ومن أجل تجنب العزوف المزمن والضار عن النص، فمن الأفضل في رأيي الاستمرار في استخدام هذا النوع من الكلام والتعليق فقط من حين لآخر - كما فعلت هنا - بأن هذا الشكل من الكلام هو في الواقع مجرد اختصار يستخدم لوصف السلوك وهذا مشابه ظاهريًا، وبدقة منخفضة على الجدول الزمني، لتلك الخاصة بالكائنات الراغبة، وأن الدقة العالية في الواقع مختلفة.
إن المطالبة بخلاف ذلك تشبه إلى حد ما المطالبة بوصف سلوك العالم العياني من حيث نظرية الكم (ليس بالضبط ولكن أتمنى أن تفهم وجهة نظري).
تعليق آخر لدي - تعليق أطرحه من وقت لآخر ولكن لا أهتم بتأكيده في كل عبارة - لنفس السبب تمامًا - هو أن التطور هو في الواقع نظرية في الإحصاء - نظرية تحدد الشروط التي يحددها لأن وجودها لا يتضمن متطلبًا للحياة بل فقط للتكرار مع الأخطاء والتنافس على الموارد. لذلك، يمكن أيضًا رؤية التطور في البيئات المحوسبة، سواء في الميمات أو في التكنولوجيا (تنفيذ الميمات).
البكتيريا ليس لديها نواة
مثيرة للاهتمام.
فيما يتعلق بمصطلح التطور، يجب عليك التوقف واستخدام هذا المصطلح لوصف بعض العوامل النشطة.
التطور ليس شيئاً يخطط أو يتصرف أو يكون مسؤولاً عن أي شيء موجود في الطبيعة.
التطور كلمة جاءت لوصف العمليات الطبيعية التي نراها في الطبيعة. وهذه العمليات هي نتائج قوانين الفيزياء-الكيمياء-الأحياء فقط.
والقول (ولو بين علامتي الاقتباس، بلغة السؤال، أو قياسا) إن التطور يخطط لزيادة كفاءة المصنع، مثل القول إن الجبل يخطط لهطول المطر الذي يهطل عليه اسفل الجبل. أي بدون أي معنى تفسيري وغير حرفي وغير موضوعي وغير علمي. وهو في النهاية يضلل ويربك الجمهور الذي لا يفهم الكثير عن هذه الأمور على أي حال.