Πώς λέτε «Ζωή» στη Φυσική;

«Το να φαντάζεσαι μια γλώσσα σημαίνει να φαντάζεσαι μια μορφή ζωής».
—Ludwig Wittgenstein, Φιλοσοφικές Έρευνες (1953)

Ο Jeremy England ανησυχεί για τις λέξεις - για το τι σημαίνουν, για τα σύμπαντα που περιέχουν. Αποφεύγει αυτά όπως η «συνείδηση» και η «πληροφορία». πολύ φορτωμένο, λέει. Πολύ προδοτικό. Όταν ψάχνει για το σωστό να πει, η φωνή του σπάει λίγο, σκορπίζεται σε μια ή δύο οκτάβα πριν ξαναρχίσει έναν ρευστό ηχητικό τόνο.

Η επιφυλακτικότητά του είναι κατανοητή. Ο 34χρονος επίκουρος καθηγητής φυσικής στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης είναι ο αρχιτέκτονας μιας νέας θεωρίας που ονομάζεται «διαχυτική προσαρμογή», ​​η οποία βοήθησε να εξηγηθεί πόσο πολύπλοκη λειτουργία που μοιάζει με ζωή μπορεί να αυτο-οργανωθεί και να αναδυθεί από πιο απλά πράγματα. , συμπεριλαμβανομένης της άψυχης ύλης. Αυτή η πρόταση έχει κερδίσει στην Αγγλία ένα κάπως ανεπιθύμητο ψευδώνυμο:ο επόμενος Κάρολος Δαρβίνος. Αλλά η ιστορία της Αγγλίας αφορά εξίσου τη γλώσσα όσο και τη βιολογία.

Υπάρχουν περίπου 6.800 μοναδικές γλώσσες που χρησιμοποιούνται σήμερα. Δεν μεταφράζεται τέλεια κάθε λέξη και το νόημα μερικές φορές πέφτει στα σκαλιά. Για παράδειγμα, δεν υπάρχει αγγλική μετάφραση για τα ιαπωνικά wabi-sabi —η ιδέα να βρεις την ομορφιά στην ατέλεια—ή για το γερμανικό waldeinsamkeit , η αίσθηση του να είσαι μόνος στο δάσος.

Τα διαφορετικά πεδία της επιστήμης, επίσης, είναι γλώσσες από μόνα τους, και οι επιστημονικές εξηγήσεις μερικές φορές είναι απλώς μεταφράσεις. Το "κόκκινο", για παράδειγμα, είναι μια μετάφραση της φράσης "μήκος κύματος 620-750 νανόμετρα". Το "Θερμοκρασία" είναι μια μετάφραση της "μέσης ταχύτητας μιας ομάδας σωματιδίων". Όσο πιο περίπλοκη είναι μια μετάφραση, τόσο περισσότερο νόημα δίνει. "Βαρύτητα" σημαίνει "η γεωμετρία του χωροχρόνου."

Τι γίνεται με τη ζωή; Νομίζουμε ότι γνωρίζουμε τη ζωή όταν τη βλέπουμε. Η θεωρία του Δαρβίνου εξηγεί ακόμη και πώς μια μορφή ζωής εξελίσσεται σε άλλη. Αλλά ποια είναι η διαφορά μεταξύ ενός κοκκινολαίμη και ενός βράχου, όταν και οι δύο υπακούουν στους ίδιους φυσικούς νόμους; Με άλλα λόγια, πώς λέτε «ζωή» στη φυσική; Κάποιοι υποστήριξαν ότι η λέξη είναι αμετάφραστη. Αλλά ίσως χρειαζόταν απλώς τον κατάλληλο μεταφραστή.

Ενώ άλλα 12χρονα αγόρια διάβαζαν κόμικ της Marvel, η Αγγλία διάβαζε The Cartoon Guide to Genetics . Το εξώφυλλο απεικονίζει έναν αυτοδύτη να συναντά έναν κλώνο υποβρύχιου DNA σε φυσικό μέγεθος. Μέσα είναι μια περιήγηση στα βασικά στοιχεία της βιολογίας, από τα ριβοσώματα μέχρι το φύλο των φυτών. Η Αγγλία κίνησε αμέσως το ενδιαφέρον.

«Νόμιζα ότι ήταν πραγματικά θαυμάσιο να βλέπω πώς οι λειτουργίες εκτελούνται από τα μόρια», μου λέει. Η Αγγλία μιλάει με γοητεία και με τα χέρια του και φοράει ένα κιπά πάνω από το κεφάλι του.

Πάρτε DNA πολυμεράση, λέει. Με βιολογικούς όρους, η δουλειά του είναι να δημιουργεί νέα μόρια DNA συναρμολογώντας νουκλεοτίδια, τα οποία αποτελούνται από μια χημική βάση, ένα σάκχαρο και ένα φωσφορικό οξύ. «Όταν βλέπεις αυτή την ιστορία να παρουσιάζεται μπροστά σου, όλα βγάζουν νόημα – απλώς μας φαίνεται ότι λειτουργεί για την επίτευξη ενός στόχου», λέει η England. «Κι όμως, αυτά τα πράγματα μόλις που διακρίνονται από την άψυχη ύλη. Τα σπάτε σε ελαφρώς μικρότερα κομμάτια και το μόνο που μπορούν να κάνουν είναι να περιστρέφονται και να δονούνται."

Η Αγγλία είδε περισσότερα από τα ίδια ως προπτυχιακός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, όπου σπούδασε αναδίπλωση πρωτεϊνών με τον βιοφυσικό Eugene Shakhnovich. Οι τράπεζες δεδομένων πρωτεϊνών διατηρούσαν αρχεία με λεπτομέρειες "όμορφα οριοθετημένες κορδέλες και φύλλα", με χρωματική κωδικοποίηση ανά ιδιοκτησία. Ανεξαιρέτως, κάθε πρωτεΐνη αποτελείται από τα ίδια 20 αμινοξέα. Ωστόσο, με κάποιο τρόπο, μόλις διπλωθούν σε σχήμα, το καθένα εκτελεί μια συγκεκριμένη και ζωτική διαδικασία που απαιτείται για τη ζωή. «Τα αμινοξέα δεν πρόκειται να σου γράψουν σονέτο», λέει η Αγγλία. "Όταν όμως συνδυάζετε μερικές εκατοντάδες από αυτές, ξαφνικά εμφανίζεται αυτό το μηχάνημα που μοιάζει σαν να είναι κατασκευασμένο για συγκεκριμένο σκοπό."

Κάπως έτσι, από το ανακάτεμα των τυφλών εργαλείων, προκύπτει κάτι σαν σκοπός. Τα κομμάτια, που μεμονωμένα υπακούουν σε τίποτα περισσότερο από τους βασικούς νόμους της φυσικής, συγκεντρώνουν συλλογικά τη λειτουργία. Η συνάρτηση φαίνεται να λείπει από τον κόσμο της φυσικής:Ο χρόνος και ο χώρος δεν υπάρχουν για κανέναν ρητό λόγο, αλλά απλώς υπάρχουν. Στη βιολογία, τα συστήματα είναι προσαρμοσμένα ώστε να δρουν. Να κινείται, να καταλύει και να κατασκευάζει. Η λέξη «λειτουργία» βρίσκεται ανάμεσα στη ζωή και τη μη-ζωή. Είναι μια λέξη που αποδίδουμε σε πράγματα που μοιάζουν απλώς σαν ζωντανά ή είναι κάτι πιο εγγενές; Όπως θα έλεγε η Αγγλία σε ένα κοινό στο Ινστιτούτο Karolinska της Σουηδίας το 2014, η φυσική δεν κάνει διάκριση μεταξύ ζωής και μη ζωής. Αλλά η βιολογία το κάνει.

Μετά το διδακτορικό του, όταν ήταν ερευνητής στο Πρίνστον, η Αγγλία έφτανε μερικές φορές με το αυτοκίνητο μέχρι την πόλη της Νέας Υόρκης για να επισκεφτεί τον παλαιότερο φίλο του από την παιδική του ηλικία, ειδικό στη φιλοσοφία. Ο φίλος του πήγε την Αγγλία σε μερικά από τα αγαπημένα του στέκια στο Lower East Side και τον έβαλε σε μεγάλες συζητήσεις για τον Αυστρο-Βρετανό φιλόσοφο Ludwig Wittgenstein.

Ο Wittgenstein έζησε στη μοναξιά για ένα μέρος της ζωής του στα δάση της Νορβηγίας—waldeinsamkeit —και έγραψε για τα λεγόμενα «γλωσσικά παιχνίδια» ή κοινά σύνολα συμβάσεων σχετικά με την επικοινωνία. Μερικοί φιλόσοφοι είχαν υποστηρίξει ότι η σημασία μιας λέξης ενυπάρχει στο φυσικό αντικείμενο εκεί έξω στον κόσμο. Ο Wittgenstein, ωστόσο, υποστήριξε ότι η σημασία μιας λέξης εξαρτάται από το περιεχόμενό της, ένα πλαίσιο που καθορίζεται από τους ανθρώπους που τη χρησιμοποιούν. Το να παίζετε ένα γλωσσικό παιχνίδι είναι σαν να μιλάτε με κώδικα - εάν δύο άτομα συμμετέχουν σε μια δραστηριότητα που είναι καλά κατανοητή και από τα δύο μέρη, μπορούν να χρησιμοποιήσουν λιγότερες και απλούστερες λέξεις για να ακουστούν. Διαφορετικές ομάδες ανθρώπων —μουσικοί, πολιτικοί, επιστήμονες κ.λπ.— χρησιμοποιούν γλωσσικά παιχνίδια που ταιριάζουν στις ξεχωριστές ανάγκες τους. Νέα γλωσσικά παιχνίδια ξεσπούν συνεχώς. Το νόημα αλλάζει σχήμα. Οι λέξεις προσαρμόζονται.

«Θεωρώντας κάτι τέτοιο, διοχετεύει την ίδια ιδέα που εντοπίζω και εγώ, μεταξύ άλλων, στις εναρκτήριες περικοπές της Εβραϊκής Βίβλου», λέει η Αγγλία.

«Στην αρχή, ο Θεός δημιούργησε τους ουρανούς και τη γη…» Εδώ, η εβραϊκή λέξη για το «δημιουργώ» είναι bara , η λέξη για τους "ουρανούς" είναι shamayim , και η λέξη για τη "γη" είναι aretz; αλλά οι πραγματικές τους έννοιες, λέει η Αγγλία, γίνονται αντιληπτές μόνο μέσω του πλαισίου τους στους παρακάτω στίχους. Για παράδειγμα, γίνεται σαφές ότι bara , δημιουργία, συνεπάγεται μια διαδικασία να δίνουμε ονόματα σε πράγματα. η δημιουργία του κόσμου είναι η δημιουργία ενός γλωσσικού παιχνιδιού. «Ο Θεός είπε:«Ας γίνει φως», και έγινε φως». Ο Θεός δημιούργησε το φως λέγοντας το όνομά του. «Έχουμε ακούσει αυτή τη φράση τόσες φορές που όταν είμαστε αρκετά μεγάλοι για να τη σκεφτούμε, χάνουμε εύκολα το πιο απλό σημείο της», λέει η England. «Το φως με το οποίο βλέπουμε τον κόσμο προέρχεται από τον τρόπο που μιλάμε για αυτόν». Αυτό μπορεί να είναι σημαντικό, σκέφτηκε η Αγγλία, εάν προσπαθείτε να χρησιμοποιήσετε τη γλώσσα της φυσικής για να περιγράψετε τη βιολογία.

Πράγμα που αναγκάστηκε να κάνει. Ως νέο μέλος ΔΕΠ στο MIT, ούτε ήθελε να σταματήσει να ασχολείται με τη βιολογία, ούτε να σκέφτεται τη θεωρητική φυσική. «Όταν αρνείσαι να αφήσεις δύο πράγματα που διαφέρουν στον τρόπο που σε κάνουν να μιλάς», λέει, «σε αναγκάζει προς την κατεύθυνση της μετάφρασης».

Στην εβραϊκή παράδοση, τα «θαύματα» δεν αψηφούν απαραίτητα τους νόμους της φύσης. Είναι λίγο λιγότερο μεγαλεπήβολοι από αυτό - αντ 'αυτού, ένα θαύμα είναι ένα φαινόμενο που προηγουμένως θεωρούνταν αδιανόητο. Οι μάρτυρες αυτού του θαύματος καλούνται να επαναδιατυπώσουν τις υποθέσεις τους και να επιλύσουν τις αντιφάσεις. Εν ολίγοις, πρέπει να αρχίσουν να σκέφτονται τον κόσμο τους με ένα νέο πρίσμα.

Για τον φυσικό που είναι βουτηγμένος στη στατιστική μηχανική, η ζωή μπορεί, με αυτή την έννοια, να φαίνεται θαυματουργή. Ο δεύτερος νόμος της θερμοδυναμικής απαιτεί ότι για ένα κλειστό σύστημα -όπως ένα αέριο σε ένα κουτί ή το σύμπαν στο σύνολό του- η διαταραχή πρέπει να αυξάνεται με την πάροδο του χρόνου. Το χιόνι λιώνει σε μια λακκούβα, αλλά μια λακκούβα δεν παίρνει (από μόνη της) αυθόρμητα το σχήμα νιφάδας χιονιού. Αν βλέπατε μια λακκούβα να το κάνει αυτό, θα υποθέτετε ότι παρακολουθούσατε μια ταινία αντίστροφα, σαν ο χρόνος να κινείται προς τα πίσω. Ο δεύτερος νόμος επιβάλλει μια μη αναστρέψιμη συμπεριφορά στη συμπεριφορά μεγάλων ομάδων σωματιδίων, επιτρέποντάς μας να παίζουμε με λέξεις όπως «παρελθόν», «παρόν» και «μέλλον».

Το βέλος του χρόνου δείχνει προς την κατεύθυνση της αταξίας. Το βέλος της ζωής όμως δείχνει το αντίθετο. Από έναν απλό, θαμπό σπόρο αναπτύσσεται ένα περίπλοκα δομημένο λουλούδι και από την άψυχη Γη, δάση και ζούγκλες. Πώς γίνεται οι κανόνες που διέπουν αυτά τα άτομα που ονομάζουμε «ζωή» να είναι τόσο δραστικά διαφορετικοί από εκείνους που διέπουν τα υπόλοιπα άτομα στο σύμπαν;

Το 1944, ο φυσικός Erwin Schrödinger αντιμετώπισε αυτό το ερώτημα σε ένα μικρό βιβλίο με τίτλο Τι είναι η ζωή;. Αναγνώρισε ότι οι ζωντανοί οργανισμοί, σε αντίθεση με ένα αέριο σε ένα κουτί, είναι ανοιχτά συστήματα. Δηλαδή, παραδέχονται τη μεταφορά ενέργειας μεταξύ τους και ενός ευρύτερου περιβάλλοντος. Ακόμη και όταν η ζωή διατηρεί την εσωτερική της τάξη, η απώλεια θερμότητας στο περιβάλλον επιτρέπει στο σύμπαν να βιώσει μια συνολική αύξηση της εντροπίας (ή αταξίας) σύμφωνα με τον δεύτερο νόμο.

Την ίδια στιγμή, ο Σρέντινγκερ έδειξε ένα δεύτερο μυστήριο. Ο μηχανισμός που γεννά το βέλος του χρόνου, είπε, δεν μπορεί να είναι ο ίδιος μηχανισμός που γεννά το βέλος της ζωής. Το βέλος του Χρόνου προκύπτει από τις στατιστικές των μεγάλων αριθμών - όταν έχετε αρκετά άτομα που αλέθονται, υπάρχουν απλώς τόσες περισσότερες άτακτες διαμορφώσεις από τις διατεταγμένες που η πιθανότητα να σκοντάψουν σε μια πιο τακτική κατάσταση είναι μηδενική. Αλλά όταν πρόκειται για τη ζωή, η τάξη και η μη αναστρέψιμη πρέπει να κυριαρχούν ακόμη και σε μικροσκοπική κλίμακα, με πολύ λιγότερα άτομα να παίζουν. Σε αυτή την κλίμακα, τα άτομα δεν έρχονται σε αρκετά μεγάλους αριθμούς ώστε οι στατιστικές τους να αποδώσουν κανονικότητες όπως ο δεύτερος νόμος. Ένα νουκλεοτίδιο - το δομικό στοιχείο του RNA και του DNA, τα βασικά συστατικά της ζωής - αποτελείται, για παράδειγμα, από μόλις 30 άτομα. Και όμως, σημείωσε ο Σρέντινγκερ, οι γενετικοί κώδικες διατηρούνται απίστευτα καλά, μερικές φορές για εκατομμύρια γενιές, «με μια ανθεκτικότητα ή μονιμότητα που συνορεύει με το θαυματουργό».

Πώς λοιπόν ένα γονίδιο αντιστέκεται στη φθορά; Πώς δεν καταρρέει κάτω από το βάρος της ευθραυστότητάς του; Κάτι βαθύτερο από τα στατιστικά έπρεπε να παίζεται, κάτι που θα μπορούσε να επιτρέψει σε μικρές ομάδες ατόμων να τραβήξουν τον εαυτό τους αμετάκλητα από τις μπότες τους και να γίνουν κάτι «ζωντανό».

Ένα στοιχείο ήρθε μισό αιώνα αργότερα, όταν ένας Άγγλος χημικός ονόματι Gavin Crooks περιέγραψε μαθηματικά τη μικροσκοπική μη αναστρέψιμη για πρώτη φορά. Σε μια ενιαία εξίσωση, που δημοσιεύτηκε το 1999, ο Crooks έδειξε ότι ένα μικρό ανοιχτό σύστημα που οδηγείται από μια εξωτερική πηγή ενέργειας θα μπορούσε να αλλάξει με μη αναστρέψιμο τρόπο, αρκεί να διαχέει την ενέργειά του καθώς αλλάζει.

Φανταστείτε ότι στέκεστε μπροστά σε έναν φράχτη. Θέλεις να φτάσεις στην άλλη πλευρά, αλλά ο φράχτης είναι πολύ ψηλός για να πηδήξεις. Στη συνέχεια, ένας φίλος σας δίνει ένα ραβδί pogo, το οποίο μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για να μεταβείτε στην άλλη πλευρά. Αλλά μόλις βρεθείτε εκεί, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ίδιο ραβδί pogo για να πηδήξετε ξανά τον φράχτη και να καταλήξετε πίσω από εκεί που ξεκινήσατε. Η εξωτερική πηγή ενέργειας (το ραβδί pogo) σας επιτρέπει να κάνετε μια αλλαγή, αλλά μια αναστρέψιμη.

Τώρα φανταστείτε ότι αντί για ένα ραβδί pogo, ο φίλος σας σας δίνει ένα πακέτο τζετ. Πυροδοτείτε το jet pack και σας εκτοξεύει πάνω από τον φράχτη. Καθώς καθαρίζετε το φράχτη, το τζετ pack διαχέει το καύσιμο του στον περιβάλλοντα αέρα, έτσι ώστε μέχρι να προσγειωθείτε, δεν θα έχει απομείνει αρκετή ενέργεια στο πακέτο σας για να σας οδηγήσει ξανά στον φράχτη. Είσαι κολλημένος στη μακρινή πλευρά. Η αλλαγή σας είναι μη αναστρέψιμη.

Ο Crooks έδειξε ότι μια ομάδα ατόμων θα μπορούσε παρομοίως να λάβει μια έκρηξη εξωτερικής ενέργειας και να τη χρησιμοποιήσει για να μεταμορφωθεί σε μια νέα διαμόρφωση - πηδώντας τον φράχτη, ας πούμε έτσι. Εάν τα άτομα διαχέουν την ενέργεια ενώ μετασχηματίζονται, η αλλαγή θα μπορούσε να είναι μη αναστρέψιμη. Θα μπορούσαν πάντα να χρησιμοποιήσουν την επόμενη έκρηξη ενέργειας που έρχεται στη μετάβαση πίσω, και συχνά θα το κάνουν. Αλλά μερικές φορές δεν θα το κάνουν. Μερικές φορές θα χρησιμοποιήσουν αυτή την επόμενη έκρηξη για να μεταβούν σε μια άλλη νέα κατάσταση, διαχέοντας την ενέργειά τους για άλλη μια φορά, μεταμορφώνοντας τον εαυτό τους βήμα προς βήμα. Με αυτόν τον τρόπο, η διάχυση δεν εξασφαλίζει μη αναστρέψιμη, αλλά η μη αναστρέψιμη απαιτεί διάχυση.

Το αποτέλεσμα του Crooks ήταν πολύ γενικό, εφαρμοζόμενο σε οποιονδήποτε μετασχηματισμό ενός συστήματος εκτός ισορροπίας—συμπεριλαμβανομένης, ενδεχομένως, της ζωής. Αλλά, λέει η Αγγλία, «ήταν ίσως προσεκτικός στο ερώτημα τι θα μπορούσε να ειπωθεί για ένα μεγάλο ακατάστατο σύστημα πολλών σωμάτων με τεράστιες ποσότητες διασποράς σε αυτό. Φαινόταν ότι αυτά τα αποτελέσματα ήταν αληθινά, αλλά ίσως ήταν δύσκολο να λειτουργήσουν για υπολογισμό». Το 2013, ενώ η Αγγλία βρισκόταν στην Καλιφόρνια για να δώσει μια ομιλία στο Caltech, συνέχισε να παίζει με τις μεταβλητές της εξίσωσης του Crooks στο δωμάτιο του ξενοδοχείου του. Ήταν ξεκάθαρο από την εξίσωση Crooks ότι για να επιτευχθεί το είδος της μη αναστρέψιμης που είναι χαρακτηριστικό γνώρισμα της ζωής, ένα σύστημα θα έπρεπε να είναι ιδιαίτερα καλό στην απορρόφηση και τη διάχυση της θερμότητας. Αλλά ήξερε ότι αυτή δεν ήταν η όλη εικόνα.

«Είναι σαν να περιπλανιέσαι γύρω από το ίδιο βασικό σημείο», λέει. «Μετά το βάζεις κάτω, κοιμάσαι και σκέφτεσαι διαφορετικά πράγματα. Όταν επιστρέφετε σε αυτό, μερικές φορές υπάρχει ένα άνοιγμα στον τοίχο. Λαμβάνεις τα πράγματα διαφορετικά, ο χρόνος περνάει.»

Τελικά, κάτι έκανε κλικ. Δεδομένης μιας συγκεκριμένης πηγής ενέργειας, ορισμένες διατάξεις των ατόμων θα είναι καλύτερες στην απορρόφηση και τη χρήση της από άλλες. Αυτές οι ρυθμίσεις είναι πιο πιθανό να υποστούν μη αναστρέψιμο μετασχηματισμό. Τι γίνεται αν ορισμένα συστήματα το κάνουν καλύτερα από άλλα με την πάροδο του χρόνου; Στη συνέχεια, η σειρά των μη αναστρέψιμων μετασχηματισμών γίνεται ένα αποτέλεσμα που συνδυάζεται, τραβώντας τον εαυτό της από τα λουράκια του. Η Αγγλία έβαλε μολύβι σε χαρτί και έγραψε μια γενίκευση του δεύτερου νόμου της θερμοδυναμικής που λαμβάνει υπόψη την ιστορία της διάχυσης ενός συστήματος και η οποία, λέει, ρίχνει φως στην εμφάνιση των δομών και των λειτουργιών της ζωής. Σε μια εφημερίδα στα τέλη του περασμένου έτους, το έθεσε ως εξής:

Ενώ οποιαδήποτε δεδομένη αλλαγή στο σχήμα του συστήματος είναι ως επί το πλείστον τυχαία, οι πιο ανθεκτικές και μη αναστρέψιμες από αυτές τις αλλαγές στη διαμόρφωση συμβαίνουν όταν το σύστημα τυχαίνει να είναι στιγμιαία καλύτερο στην απορρόφηση και τη διάχυση της εργασίας. Με το πέρασμα του χρόνου, η «μνήμη» αυτών των λιγότερο διαγραμμένων αλλαγών συσσωρεύεται κατά προτίμηση και το σύστημα υιοθετεί ολοένα και περισσότερο σχήματα που μοιάζουν με εκείνα της ιστορίας του όπου συνέβη η διασπορά. Κοιτάζοντας προς τα πίσω την πιθανή ιστορία ενός προϊόντος αυτής της διαδικασίας μη ισορροπίας, η δομή θα μας φαίνεται σαν να έχει αυτοοργανωθεί σε μια κατάσταση που είναι «καλά προσαρμοσμένη» στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Αυτό είναι το φαινόμενο της διαχυτικής προσαρμογής.

Φυσικά, ένα σύστημα ατόμων δεν προσπαθεί να κάνει τίποτα - απλώς ανακατεύεται τυφλά, τυχαία. Κι όμως, μέσα από το ταξίδι του από το ένα σχήμα στο άλλο, έναν αστερισμό χημικών ιστοριών, αυτο-οργανώνεται σε κάτι που μας φαίνεται σαν να έχει προσαρμοστεί. «Η γλώσσα είναι ένας λαβύρινθος μονοπατιών», είπε ο Βιτγκενστάιν. Στην Αγγλία, η μετάφραση ήταν σωστή. Πώς λέτε "ζωή" στη φυσική; Το ονόμασε «διαλυτική προσαρμογή».

Μπορεί να ακούγεται σαν η προσαρμοστική προσαρμογή να μας μειώνει σε απλούς πύργους ψύξης για τον ήλιο. Αλλά η θεωρία σημαίνει πολύ περισσότερα από αυτό. Η δαρβινική φυσική επιλογή θα μπορούσε να αναδιατυπωθεί ως μια ειδική περίπτωση του πιο γενικευμένου φαινομένου της προσαρμοστικής προσαρμογής, μιας διαλέκτου μιας πιο θεμελιώδους γλώσσας. Ενώ η διασκορπιστική προσαρμογή συμβαίνει στη μικροκλίμακα, η φυσική επιλογή λαμβάνει χώρα στον κόσμο των μακροσκοπικών αυτο-αντιγραφέων. Και η αυτο-αντιγραφή είναι ένας εξαιρετικός τρόπος κατανάλωσης και διάχυσης ενέργειας. Στη γλώσσα της διαχυτικής προσαρμογής, λέξεις όπως «fitness» αποκτούν νέο νόημα. «Η φυσική κατάσταση δεν ορίζεται εδώ με βάση ένα σύνολο βέλτιστων λειτουργιών, αλλά μάλλον ως τη σχέση «δίνει και παίρνει» με τη διαθέσιμη ενέργεια από το περιβάλλον», λέει η Meni Wanunu, επίκουρη καθηγήτρια φυσικής στο Northeastern University. Καθώς τα συστήματα διαχέουν ενέργεια, παρασύρονται σε μια μη αναστρέψιμη κατεύθυνση και με αυτόν τον τρόπο γίνονται «εξαιρετικά», όπως το θέτει η Αγγλία, όχι τέλεια ή ιδανικά. «Ένα πουλί δεν είναι ένα παγκόσμιο βέλτιστο για να πετάξει», λέει η Αγγλία, «Απλώς είναι πολύ καλύτερο στο να πετάει από πέτρες ή σκουλήκια».

Η θεωρία μας προκαλεί να ξανασκεφτούμε τις αξιοσημείωτες λειτουργίες που κάνουν τη ζωή ξεχωριστή:«Έχουμε μεγαλύτερη ευελιξία στα μέρη που αναζητούμε τη λειτουργία», λέει η Αγγλία. Η εμφάνιση σύνθετης συνάρτησης από μια συλλογή ασθενώς αλληλεπιδρώντων σωματιδίων, χωρίς κανένα ισχυρό συντονισμό, είναι τώρα μια διαδικασία που μπορεί να αναλυθεί σε πολλούς μικρούς μη αναστρέψιμους μετασχηματισμούς που οδηγούνται από μια εξωτερική μονάδα δίσκου. Θα μπορούσε να είναι ευκολότερο για πράγματα όπως πρωτεΐνες και ένζυμα να εμφανιστούν από ό,τι πιστεύαμε. «Μπορεί να μην είναι θέμα εξαιρετικής επιλογής των αλληλουχιών αμινοξέων σε αιώνες αυτο-αντιγραφής», λέει η England. «Μπορεί να υπάρχουν πιο γρήγορες χρονικές κλίμακες στις οποίες μπορείτε να αυτο-οργανώσετε τα πράγματα. Εάν μπορούμε να πείσουμε τους εαυτούς μας ότι η αρχή της ζωής μοιάζει λίγο περισσότερο με μια ράμπα ή μια σκάλα με πολλές μικρότερες σταδιακές αλλαγές που δείχνουν προς τη σωστή κατεύθυνση, τότε αυτό μπορεί τουλάχιστον να επαναφέρει την αντίληψή μας για το τι είδους σενάρια θα πρέπει να φανταζόμαστε .”

Η θεωρία δεν μας βοηθά απλώς να κοιτάξουμε το παρελθόν - προτείνει επίσης νέες προσεγγίσεις σχεδιασμού και μηχανικής. «Αν θέλω να μιμηθεί κάτι που κάνουν τα ζωντανά όντα, ίσως δεν χρειάζεται να μιμηθεί τα έμβια όντα όσο το νόμιζα». Ένα παράδειγμα μπορεί να είναι κάτι που ονομάζεται «υπολογισμός έκτακτης ανάγκης», τον οποίο η Αγγλία και τα μέλη του εργαστηρίου του μελετούν αυτήν τη στιγμή. Ο στόχος είναι τα συστήματα σωματιδίων να αναπτύξουν την ικανότητα πρόβλεψης των αλλαγών στο περιβάλλον τους, χωρίς να λάβουν οδηγίες σχεδιασμού για το πώς να το κάνουν. Το να γίνεις καλός στην απορρόφηση και τη διάχυση ενέργειας σε ένα κυμαινόμενο περιβάλλον απαιτεί, τελικά, κάποιο βαθμό προσμονής. «Αν καταφέρουμε να το κάνουμε αυτό, το επιχείρημα θα είναι ότι κατά κάποιο τρόπο τα σωματίδια στο σύστημα αλληλεπιδρούν με τέτοιο τρόπο ώστε να εφαρμόζουν αποτελεσματικά έναν υπολογισμό για το μέλλον με βάση τις στατιστικές του παρελθόντος», λέει η England. Αυτό θα μπορούσε να επηρεάσει τεχνολογίες που βασίζονται σε προγνωστική ισχύ, από νευρωνικά δίκτυα έως ρομπότ που μας λένε πότε να αγοράσουμε αεροπορικό εισιτήριο.

Αυτή είναι η εκπληκτική δύναμη της μετάφρασης. Εάν λειτουργεί, θα μπορούσε να είναι η απόδειξη στην πουτίγκα ότι χρειάζεται διασπορική προσαρμογή. Προς το παρόν, ο Wanunu επιφυλάσσεται να κρίνει. «Η Αγγλία προτείνει μια νέα σειρά συστατικών. Το πώς βγαίνει η πουτίγκα θα είναι συναρπαστικό και ενδιαφέρον». Ο Jeremy Gunawardena, αναπληρωτής καθηγητής βιολογίας συστημάτων στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, δεν πωλείται εξ ολοκλήρου ούτε για την προσέγγιση. «Ο Τζέρεμι ελπίζει ότι μπορεί να αποφύγει να σκέφτεται τη χημεία και να δει τα αφηρημένα βασικά στοιχεία της ζωής να εμφανίζονται ως φυσική αναγκαιότητα», λέει. «Δεν είμαι πεπεισμένος. Ωστόσο, νομίζω ότι είναι υπέροχο που εργάζεται για το πρόβλημα και είμαι σίγουρος ότι θα μάθουμε κάτι ενδιαφέρον από αυτό."

Κάτι που είναι αρκετά δίκαιο. Εξάλλου, σύμφωνα με τα λόγια του αείμνηστου Umberto Eco, «η μετάφραση είναι η τέχνη της αποτυχίας». Οι αποτυχίες και οι συμβιβασμούς σε αυτήν την ολοκαίνουργια μετάφραση μένουν να ανακαλυφθούν. Μπορεί, στο τέλος της ημέρας, να μην υπάρχει μόνο μία γλώσσα για να εκφράσει την πολυπλοκότητα της ζωής. Αλλά η Αγγλία θέλει να δοκιμάσουμε ένα νέο. Το έθεσε έτσι στο Σχόλιο περιοδικό πέρυσι:«Υπάρχουν περισσότερες από μία βιώσιμες γλώσσες για την περιγραφή του κόσμου, και ο Θεός θέλει ο άνθρωπος να τις μιλήσει όλες».

Η Allison Eck είναι επιστημονική συγγραφέας και ψηφιακός συνεργάτης παραγωγός για το NOVA Online. Ζει στη Βοστώνη.

Αναφορά

1. Αγγλία, J.L. Διασκορπιστική προσαρμογή στην καθοδηγούμενη αυτοσυναρμολόγηση. Nature Nanotechnology 10 , 919-923 (2015).