دانشمندان و فیلسوفان قانون تکاملی گمشده طبیعت را شناسایی می کنند

16 اکتبر 2023 -توسط موسسه علوم کارنگی-با شکل‌گیری زمین، فرآیندهای زمین‌شناسی جدید، به‌ویژه آن‌هایی که مربوط به برهم‌کنش سیالات داغ با سنگ در طول فعالیت‌های آذرین و تکتونیک صفحه‌ای هستند، بیش از 1500 گونه معدنی جدید را به دنیا آورد (4.55 تا 2.5 میلیارد سال پیش). در 2.5 میلیارد سال پیش، حیات بیولوژیکی در حال ظهور، اکسیژن را به جو وارد کرد. این زمان تغییرات اساسی بود، زمانی که فتوسنتز شروع شد و برهمکنش آهن با مواد معدنی مبتنی بر اکسیژن زندگی باستانی را تغییر داد و نقشه ای را برای تکامل آینده ما همراه با مواد معدنی ارائه کرد. اعتبار: دکتر رابرت لاوینسکی

مقاله ای که در Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است، «یک قانون گمشده طبیعت» را توصیف می کند و برای اولین بار یک هنجار مهم در عملکرد جهان طبیعی را تشخیص می دهد.

در اصل، قانون جدید بیان می‌کند که سیستم‌های طبیعی پیچیده به حالت‌هایی با الگو، تنوع و پیچیدگی بیشتر تکامل می‌یابند. به عبارت دیگر، تکامل به حیات روی زمین محدود نمی‌شود، بلکه در دیگر سیستم‌های بسیار پیچیده، از سیارات و ستارگان گرفته تا اتم‌ها، مواد معدنی و غیره نیز رخ می‌دهد.

این کتاب توسط یک تیم 9 نفره – دانشمندانی از مؤسسه علمی کارنگی، مؤسسه فناوری کالیفرنیا(Caltech) و دانشگاه کرنل، و فیلسوفانی از دانشگاه کلرادو، تالیف شد.

قوانین “ماکروسکوپی” طبیعت، پدیده هایی را که روزانه در جهان طبیعی تجربه می شوند، توصیف و توضیح می دهند. برای مثال قوانین طبیعی مربوط به نیروها و حرکت، گرانش، الکترومغناطیس و انرژی بیش از 150 سال پیش شرح داده شده است.

کار جدید یک افزوده مدرن را ارائه می دهد – یک قانون کلان که تکامل را به عنوان ویژگی مشترک سیستم های پیچیده جهان طبیعی به رسمیت می شناسد که به شرح زیر مشخص می شود:

• آنها از بسیاری از اجزای مختلف مانند اتم ها، مولکول ها یا سلول ها تشکیل شده اند که می توانند مرتباً مرتب شوند و مرتب شوند.
• در معرض فرآیندهای طبیعی هستند که باعث می شود ترتیبات مختلف بی شماری شکل بگیرد
• تنها بخش کوچکی از تمام این تنظیمات در فرآیندی به نام “انتخاب برای عملکرد” زنده می مانند.

صرف نظر از اینکه سیستم زنده است یا غیرزنده، وقتی یک پیکربندی جدید به خوبی کار می کند و عملکرد بهبود می یابد، تکامل رخ می دهد.

“قانون افزایش اطلاعات عملکردی” نویسندگان بیان می کند که سیستم “اگر بسیاری از پیکربندی های مختلف سیستم برای یک یا چند عملکرد انتخاب شوند” تکامل می یابد.

دکتر مایکل ال وانگ، اختر زیست شناس کارنگی، نویسنده اول این مطالعه می گوید: «یک جزء مهم این قانون طبیعی پیشنهادی، ایده «انتخاب برای عملکرد» است.

در مورد زیست شناسی، داروین عملکرد را در درجه اول با بقا برابر دانست – توانایی زندگی طولانی مدت برای تولید فرزندان بارور.مطالعه جدید این دیدگاه را گسترش می‌دهد و اشاره می‌کند که حداقل سه نوع عملکرد در طبیعت رخ می‌دهد.

اساسی ترین عملکرد پایداری است – آرایش های پایدار اتم ها یا مولکول ها برای ادامه انتخاب می شوند. همچنین برای تداوم سیستم‌های پویا با منابع مداوم انرژی انتخاب شده‌اند.

سومین و جالب‌ترین کارکرد «نوآوری» است – تمایل سیستم‌های در حال تکامل برای کشف پیکربندی‌های جدید که گاهی منجر به رفتارها یا ویژگی‌های جدید شگفت‌آور می‌شود.

تاریخچه تکاملی زندگی سرشار از چیزهای جدید است – فتوسنتز زمانی تکامل یافت که سلول های منفرد یاد گرفتند که انرژی نور را مهار کنند، حیات چند سلولی زمانی تکامل یافت که سلول ها همکاری کنند، و گونه ها به لطف رفتارهای جدید سودمند مانند شنا، راه رفتن، پرواز و تفکر تکامل یافتند.

همین نوع تکامل در پادشاهی معدنی اتفاق می افتد. اولین کانی ها آرایش های پایداری از اتم ها را نشان می دهند. آن کانی‌های اولیه پایه‌هایی را برای نسل‌های بعدی مواد معدنی، که در منشأ حیات شرکت داشتند، فراهم کردند. تکامل حیات و مواد معدنی در هم تنیده شده اند، زیرا زندگی از مواد معدنی برای پوسته، دندان و استخوان استفاده می کند.

در واقع، مواد معدنی زمین، که با حدود 20 در سپیده دم منظومه شمسی ما آغاز شد، اکنون به دلیل فرآیندهای فیزیکی، شیمیایی و در نهایت بیولوژیکی پیچیده تر بیش از 4.5 میلیارد سال، امروزه به 6000 عدد می رسد.

در مورد ستارگان، این مقاله خاطرنشان می کند که تنها دو عنصر اصلی – هیدروژن و هلیوم – اولین ستاره ها را اندکی پس از انفجار بزرگ تشکیل دادند. آن ستارگان اولیه از هیدروژن و هلیوم برای ساختن حدود 20 عنصر شیمیایی سنگین تر استفاده می کردند. و نسل بعدی ستارگان بر اساس این تنوع ساخته شد تا تقریباً 100 عنصر دیگر تولید کند.

رابرت ام. هازن از کارنگی ساینس، یکی از رهبران این تحقیق، می‌گوید: «چارلز داروین به شیوایی نحوه تکامل گیاهان و حیوانات را با تنوع‌ها و ویژگی‌های افراد و پیکربندی‌های مختلف بیان کرد.

“ما ادعا می کنیم که نظریه داروین فقط یک مورد بسیار خاص و بسیار مهم در یک پدیده طبیعی بسیار بزرگتر است. این تصور که انتخاب برای تابع تکامل را هدایت می کند به طور یکسان در مورد ستارگان، اتم ها، مواد معدنی و بسیاری از موقعیت های مفهومی معادل دیگر که در آن پیکربندی‌های تحت فشار انتخابی قرار می‌گیرند.”

خود نویسندگان مشترک یک پیکربندی چند رشته ای منحصر به فرد را نشان می دهند: سه فیلسوف علم، دو اختر زیست شناس، یک دانشمند داده، یک کانی شناس، و یک فیزیکدان نظری.

دکتر وونگ گفت: “در این مقاله جدید، ما تکامل را در گسترده‌ترین معنای – تغییر در طول زمان – در نظر می‌گیریم که تکامل داروینی را بر اساس ویژگی‌های “نزول با اصلاح” درج می‌کند.کیهان ترکیب‌های جدیدی از اتم‌ها، مولکول‌ها، سلول‌ها و غیره را تولید می‌کند. آن ترکیب‌هایی که پایدار هستند و می‌توانند باعث ایجاد تازگی بیشتر شوند، به تکامل خود ادامه خواهند داد. “

در میان بسیاری از مفاهیم، مقاله نیز موارد زیر را ارائه می دهد:

     درک اینکه چگونه سیستم های مختلف دارای درجات مختلفی هستند که می توانند به تکامل خود ادامه دهند. “پیچیدگی بالقوه” یا “پیچیدگی آینده” به عنوان معیارهایی پیشنهاد شده است که یک سیستم در حال تکامل چقدر پیچیده تر می شود.

     بینش در مورد اینکه چگونه سرعت تکامل برخی سیستم ها را می توان به طور مصنوعی تحت تاثیر قرار داد. مفهوم اطلاعات عملکردی نشان می‌دهد که سرعت تکامل در یک سیستم می‌تواند حداقل به سه روش افزایش یابد: (1) با افزایش تعداد و/یا تنوع عوامل متقابل، (2) با افزایش تعداد پیکربندی‌های مختلف سیستم؛ و/یا (3) با افزایش فشار انتخابی روی سیستم (به عنوان مثال، در سیستم های شیمیایی با چرخه های مکرر گرمایش/سرمایش یا خیس کردن/خشک کردن).

     درک عمیق تر از نیروهای مولد در پس ایجاد و وجود پدیده های پیچیده در جهان و نقش اطلاعات در توصیف آنها

• درک زندگی در چارچوب سایر سیستم های پیچیده در حال تکامل. زندگی معادل‌های مفهومی خاصی را با دیگر سیستم‌های در حال تکامل به اشتراک می‌گذارد، اما نویسندگان به یک جهت تحقیقاتی در آینده اشاره می‌کنند و می‌پرسند آیا چیزی متمایز در مورد نحوه پردازش اطلاعات در مورد عملکرد زندگی وجود دارد .
• کمک به جستجوی حیات در جای دیگر: اگر مرزبندی بین حیات و غیر حیات وجود داشته باشد که با انتخاب برای عملکرد مرتبط باشد، آیا می‌توانیم «قوانین زندگی» را شناسایی کنیم که به ما اجازه می‌دهند تا آن خط جداکننده زنده را در تحقیقات اختر زیست‌شناسی تشخیص دهیم؟ (همچنین به “آیا زندگی در مریخ وجود داشته است؟ سیارات دیگر؟ با کمک هوش مصنوعی، ما به زودی می دانیم”)
• در زمانی که سیستم‌های هوش مصنوعی در حال تکامل یک نگرانی فزاینده هستند، قانون پیش‌بینی اطلاعاتی که چگونگی تکامل سیستم‌های طبیعی و نمادین را مشخص می‌کند، به‌ویژه مورد استقبال قرار می‌گیرد.

قوانین طبیعت – حرکت، گرانش، الکترومغناطیس، ترمودینامیک – و غیره. رفتار کلی سیستم های طبیعی ماکروسکوپی مختلف را در فضا و زمان مدون می کند.

“قانون افزایش اطلاعات عملکردی” مکمل قانون دوم ترمودینامیک است، که بیان می کند که آنتروپی (بی نظمی) یک سیستم ایزوله در طول زمان افزایش می یابد (و گرما همیشه از اجسام گرمتر به اجسام سردتر جریان می یابد).