Generalnie rzecz biorąc, najbardziej ogólny schemat funkcjonowania organizmów żywych można przedstawić formalnie wyłącznie w postaci sieci sprzężeń zwrotnych ujemnych, abstrahując od sposobu ich materialnej realizacji (od budulca poszczególnych elementów, fizycznego podłoża różnych procesów czy też szczegółowych rozwiązań konstrukcyjnych i funkcjonalnych). Dodatkowo, ów system sprzężeń zwrotnych ujemnych, stanowiący podstawę (celowego) funkcjonowania organizmów żywych, uorganizowany jest na sposób hierarchiczny. Regulacja na niższym poziomie hierarchii służy z reguły jako element regulacji na wyższym poziomie (choć często bywa na odwrót, jak w dyskutowanym „błędnym kole" regulacji poziomu glukozy i ATP). System sprzężeń zwrotnych ujemnych stanowi jedną, wewnętrznie powiązaną i współwarunkującą się całość. Powstaje jednakże pytanie, co właściwie stanowi nadrzędny cel tych wszystkich mechanizmów regulacyjnych, czemu służy cały posiadany przez osobniki żywe system sprzężeń zwrotnych ujemnych? Chodzi tu o przeżycie i pozostawienie potomstwa, czyli o utrzymanie i propagację w czasie własnej tożsamości, która w ujęciu cybernetycznym odpowiada właśnie takiemu, a nie innemu systemowi sprzężeń zwrotnych ujemnych. „Parametrem", którego „wartość" ulega optymalizacji przez całą sieć sprzężeń zwrotnych ujemnych składającą się na żywego osobnika jest więc tożsamość (zespół cech) tego osobnika, jej przetrwanie w czasie oraz rozprzestrzenianie. System sprzężeń zwrotnych ujemnych tworzących dany organizm ulega wobec tego samonakierowaniu na samego siebie, jego jedyny „cel" stanowi własne powielanie (namnażanie). Jednakże, jak pokazałem na przykładzie bakterii (dotyczy to dowolnych innych organizmów żywych), rozmnażanie się organizmów stanowi sztandarowy przykład sprzężenia zwrotnego dodatniego, w którym niezerowa wartość parametru (w tym wypadku — ilość osobników) ma tendencję do tym szybszego wzrostu, im większa jest ta wartość w danym momencie.

Nadszedł więc wreszcie moment, aby zdefiniować życie w kategoriach cybernetycznych jako system sprzężeń zwrotnych ujemnych podrzędny w stosunku do (pozostający na usługach) nadrzędnego sprzężenia zwrotnego dodatniego. Uzupełniającym kryterium jest warunek, żeby wszystkie podjednostki i sprzężenia zwrotne ujemne wchodzące w skład rozważanego systemu miały „na celu" wyłącznie realizację naczelnego sprzężenia zwrotnego dodatniego. ^{[ 4 ]} Twierdzę, iż wszystkie systemy żywe muszą podlegać powyższej definicji, a wszystkie systemy jej podlegające należy uznać za żywe (lub, jeśli kto woli, należące do klasy systemów „życio-podobnych"). Słowem, że zaproponowana definicja, odpowiadająca samej „nagiej" istocie życia, stanowi najmniejszy konieczny i zarazem dostateczny system pojęciowy, wystarczający do jednoznacznego określenia, czym jest życie. Może być zatem użyta do możliwie jednoznacznego określenia, które obiekty i procesy na innych planetach można uznać za ożywione, od którego momentu możemy mówić o życiu w procesie jego spontanicznej genezy na Ziemi około 4 miliardy lat temu, a także — co stanowi żywego osobnika pośród problematycznych fenomenów znanych nam obecnie na naszej planecie.

Rozmaite cele realizowane przez każdy z organizmów żywych można podzielić na cele podrzędne, wyrażone siecią regulacyjnych sprzężeń zwrotnych ujemnych, oraz cel nadrzędny, manifestujący się istnieniem sprzężenia zwrotnego dodatniego.

Skąd bierze się owo nadrzędne sprzężenie zwrotne dodatnie, widzieliśmy na przykładzie bakterii. Systemy żywe mają naturalną tendencję do reprodukcji i powielania swoich kopii, o ile pozwalają na to dostępne zasoby środowiskowe. Ciągi opisujące ilość osobników w kolejnych interwałach czasowych (przy braku ograniczonej pojemności środowiska), dotyczące dowolnych organizmów i strategii rozrodu, rosną wykładniczo i zmierzają do nieskończoności. Obliczono, że gdyby nie ograniczona ilość pokarmu oraz zatruwanie środowiska własnymi produktami przemiany materii, w dość krótkim czasie potomstwo jednej bakterii byłoby ogromną kulą rozszerzającą się z szybkością światła. To samo dotyczy potomstwa pary leniwców (na omawiany efekt przyszłoby może poczekać nieco dłużej), choć praktyki seksualne tych zwierząt raczej się z szybkością światła nie kojarzą.

W rzeczywistości, jak zostało to podkreślone wcześniej, pojemność środowiska jest oczywiście zawsze ograniczona. Dotyczy to także innych przytoczonych przypadków sprzężenia zwrotnego dodatniego, np. „środowiska" kamiennej lawiny (zbocze usiane kamieniami) czy nuklearnej reakcji łańcuchowej (kula radioaktywnego izotopu uranu). W tych przypadkach reakcja lawinowa w końcu wygasa ze względu na wyczerpanie się zasobów środowiska (odpowiednio: niestabilnych kamieni na zboczu i jąder radioaktywnego izotopu uranu). Życie natomiast, nawet jeśli w danej chwili wyczerpie pojemność swego środowiska, dalej zachowuje potencjał do gwałtownej reakcji lawinowej, czego dowody napotykamy na każdym kroku. Ów potencjał ekspansji przejawia się nie tylko w przypadku opanowania przez jakieś organizmy nowego terenu, na którym nie napotykają one konkurencji ze strony innych organizmów, lub konkurencja taka jest słaba (np. lawinowy wzrost populacji sprowadzonych do Australii królików). Tego rodzaju spektakularne zajścia zdarzają się stosunkowo bardzo rzadko. „Na codzień", potencjał ekspansji danych organizmów (będących nośnikami określonej tożsamości) wyraża się silną presją na wyparcie z ograniczonej pojemności środowiska innych organizmów (o odmiennej tożsamości; mogą być to osobniki tego samego lub też bardzo odległe spokrewnionych gatunków). Z reguły, w stabilnych ekosystemach, te inne organizmy wywierają taką samą, o podobnej sile, lecz przeciwnie skierowaną presję na wyparcie ze środowiska rozważanych przez nas organizmów. De facto, rywalizują pomiędzy sobą tożsamości poszczególnych osobników (określone jako zespoły cech lub systemy sprzężeń zwrotnych ujemnych), dążące do opanowania całej pojemności środowiska kosztem innych tożsamości.

Drobne różnice w sile presji wywieranej przez poszczególne tożsamości prowadzą do stopniowego wypierania jednych tożsamości przez inne, a więc do ewolucji.

Należy wyraźnie jeszcze raz podkreślić, że tożsamość osobników żywych, będąca „parametrem", którego „optymalizacji" (utrzymaniu i propagacji) służy składający się na żywego osobnika system sprzężeń zwrotnych ujemnych, to coś o wiele bardziej złożonego, niż prosty, elementarny parametr, jakim jest na przykład temperatura. Zawiera ona w sobie nie tylko chwilowe cechy osobnika dorosłego, ale cały cykl życiowy danego organizmu od zygoty do stadium dorosłego, w tym także zdolność do produkcji potomstwa. U organizmów rozmnażających się płciowo tożsamość potomka stanowi „wypadkową" lub „kombinację" tożsamości (zespołów cech) swoich rodziców (rekombinacja cech). Nawet jednak u organizmów o bezpłciowym sposobie rozmnażania tożsamość ulega zmianom w czasie na skutek mutacji. Nie tyle chodzi tu zatem, jak to dyskutowałem wcześniej, o zachowanie danej konkretnej tożsamości, lecz ciągłości zmian tej tożsamości w czasie. Parametr zwany tożsamością jest zatem niewątpliwie parametrem złożonym — odpowiednie jego zrozumienie ma decydujący wpływ na zrozumienie istoty życia.

W zasadzie każdą cechę osobnika, np. wzór jego ubarwienia, można uznać za element lub wynik sprzężenia zwrotnego ujemnego. W tym ostatnim przypadku, w rozmaitych miejscach na powierzchni jego ciała „zadane" są rozmaite stężenia rozmaitych barwników. To, czy zadany wzór ubarwienia jest „dobry", a więc czy np. dobrze maskuje przez drapieżnikiem, współdecyduje o skuteczności danego systemu sprzężeń zwrotnych ujemnych, a więc tożsamości.

Jak wspomniałem, tożsamości rywalizują ze sobą o pojemność środowiska i lepsze tożsamości wypierają gorsze. [...]

W przeciwieństwie do organizmów żywych, martwe systemy „wyposażone" w sprzężenie zwrotne dodatnie, takie jak kamienna lawina czy grudka radioaktywnego izotopu, nie posiadają żadnych sprzężeń zwrotnych ujemnych, podtrzymujących ich potencjał ekspansji. Po stoczeniu się wszystkich kamieni po zboczu kamienna lawina definitywnie zamiera, a po rozbiciu wszystkich jąder radioaktywnego pierwiastka nie produkowane są żadne dalsze neutrony. Ani zatem kamienie w ruchu, ani neutrony nie dysponują żadnymi mechanizmami zorientowanymi w sposób celowy na zapewnienie im przetrwania i produkcji „układów" potomnych (kamieni w ruchu lub wolnych neutronów). O ile zatem zarówno organizmy żywe jak i niektóre obiekty fizyczne (takie jak kamienie na zboczu lub neutrony w grudce radioaktywnego izotopu uranu) mają pewien „cel nadrzędny" w postaci (przynajmniej potencjalnej) zdolności do ekspansji, to tylko te pierwsze posiadają „cel podrzędny" w postaci sieci mechanizmów regulacyjnych opartych na sprzężeniu zwrotnym ujemnym, odpowiedzialnych za utrzymanie indywidualności (tożsamości) organizmów żywych i ich potencjału ekspansji.

W taki „cel podrzędny" (system sprzężeń zwrotnych ujemnych) wyposażonych jest wiele urządzeń skonstruowanych przez człowieka (jak roboty lub chociażby omawiany wyżej termostat). Nie posiadają one jednak (w kategoriach cybernetycznych) żadnego „celu nadrzędnego", a jeżeli już, to jest nim cel posługujących się nimi ludzi. Urządzenia nie dbają bowiem tylko o siebie, swoje własne przetrwanie i wyprodukowanie identycznych urządzeń potomnych. Nie stanowią zatem całkowicie autonomicznych, nakierowanych wyłącznie na siebie układów (osobników), lecz są elementami jakiegoś nadrzędnego układu, którego cele (określone przez człowieka) realizują. Gdybyśmy chcieli potraktować organizm żywy jak jakieś urządzenie, powinniśmy zapytać czemu, jakiemu celowi, służy ten organizm poza sobą, do wykonania jakiego użytecznego zadania został zaplanowany. Jednakże, takiego celu czy zadania nie da się po prostu odnaleźć. Z punktu widzenia człowieka dochodzimy do paradoksalnego wniosku, że osobniki żywe nie służą niczemu, poza samymi sobą. Termostat regulujący temperaturę w lodówce, żeby człowiekowi nie zepsuło się pożywienie — to zrozumiałe. Ale termostat, który powstał samoistnie i reguluje temperaturę ot tak sobie — czy to nie dziwne? Oczywiście to, co podtrzymują samopowielające się układy żywe, to ich własne istnienie. Przypomina to termostat zbudowany z kawałków lodu, który tylko dlatego utrzymuje niską temperaturę, aby się nie stopić i ewentualnie wyprodukować jeszcze termostaty do siebie podobne. ^{[ 5 ]} Zakrawa to już na czysty bezsens. A jednak na tym właśnie polega istota życia i ewolucji — zjawiska te, tak jak kamienie spadające w polu grawitacyjnym, niczemu nie służą i nie posiadają żadnego celu, po prostu są. Dlatego, aby naprawdę zrozumieć sens ewolucji biologicznej, musimy zrezygnować z naszego antropocentrycznego punktu widzenia i sposobu wartościowania.

Po przeczytaniu tego tekstu, czytelnicy często wybierają też: Czas Darwina trwa nadal Czy istnieje darwinowskie wyjaśnienie ludzkiej kreatywności?

See comments (25)..

Send text to e-mail address..

Print-out version..    PDF    MS Word

Bernard Korzeniewski Biolog - biofizyk, profesor, pracownik naukowy Uniwersytetu Jagielońskiego (Wydział Biochemii, Biofizyki i Biotechnologii). Zajmuje się biologią teoretyczną - m.in. komputerowym modelowaniem oddychania w mitochondriach. Twórca cybernetycznej definicji życia, łączącej paradygmaty biologii, cybernetyki i teorii informacji. Interesuje się także genezą i istotą świadomości oraz samoświadomości. Jest laureatem Nagrody Prezesa Rady Ministrów za habilitację oraz stypendystą Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej. Jako "visiting professor" gościł na uniwersytetach w Cambridge, Bordeaux, Kyoto, Halle. Autor książek: "Absolut - odniesienie urojone" (Kraków 1994); "Metabolizm" (Rzeszów 195); "Powstanie i ewolucja życia" (Rzeszów 1996); "Trzy ewolucje: Wszechświata, życia, świadomości" (Kraków 1998); "Od neuronu do (samo)świadomości" (Warszawa 2005), From neurons to self-consciousness: How the brain generates the mind (Prometheus Books, New York, 2011).  Private site  Number of texts in service: 41  Show other texts of this author  Newest author's article: Istota życia i (samo)świadomości – rysy wspólne