Cum funcționează... "Trupul" nostru (4)

Contrar obiceiului meu de până acum, mă văd "obligat" să încep cu un fel de concluzie. Orice efort aş face de a descrie "detaliat" (pe repere, cum ar fi creierul, sistemul nervos vegetativ, inima, plămânii, stomacul, etc.) funcţionarea trupului nostru pare a fi de-a dreptul "globală", supusă permanent prelucrării informaţiei şi adaptării la "datele obţinute".

Mai mult, este imposibil să nu sesizăm faptul că, fiinţele vii sunt "obiecte" stranii, care sfidează unele principii fundamentale ale fizicii moderne, şi anume principiul entropiei postulat de cea de-a doua lege a termodinamicii. L. Prigogine, laureat Nobel pentru studiul termodinamicii organismelor vii, este de părere în acest sens că, în esenţă, viaţa nu poate fi dedusă în totalitate din legile termodinamicii şi mecanicii statice. Închiderea vieţii între cei doi poli, necesitate şi hazard, devenite paradigme ale ştiinţei moderne, ar fi o încercare de aplicare rigidă a legilor fizicii în câmpul biologiei.

Pentru a face înţeleasă dificultatea de a deduce proprietăţile biologice din legile fizicii, Prigogine exemplifică sugestiv: "Dacă s-ar studia molecula complexă a benzenului prin mecanica cuantică plecând de la ecuaţia lui Schrodinger, atunci, pentru a deduce proprietăţile benzenului, cea mai perfecţionată maşină de calcul ar avea nevoie de un timp ce ar depăşi vârsta Universului"... Să mai luăm în "calcul" extinderea acestui efort la nivelul fiinţei vii?!?

Revenind la "trupul nostru", este evident că acesta este organizat pe sisteme. Întreaga materie este organizată pe sisteme. Şi, noţiunea de sistem a fost introdusă de L. Beratalanffy, care defineşte sistemul ca un ansamblu de elemente legate între ele şi aflate în interacţiune. Din interacţiunea părţilor sistemului rezultă proprietăţi care reprezintă mai mult decât suma lor. Noua calitate a sistemului este obţinută deci prin integrarea şi nu prin însumarea fiecărui element din sistem. Cu studiul acestor proprietăţi emergente, diferite de suma părţilor unui sistem se ocupă sinergetica. Ea distinge: 1. sisteme izolate, care nu fac nici un schimb cu exteriorul sau efectuează unul redus, nesemnificativ, şi 2. sisteme deschise, care întreţin cu mediul înconjurător un permanent schimb de substanţe, energie şi informaţie.

Prin urmare, toate sistemele vii sunt sisteme deschise. Celula, molecula, organismul sunt exemple de sisteme deschise. Orice fiinţă reprezintă deci un sistem format dintr-o serie de subsisteme şi cuprinsă, la rându-i, în alte sisteme mai mari (zona, biosfera, Universul). În toate aceste sisteme există legături permanente cu dublu sens, atât între subsistemele din structura unui organism, cât şi între organism şi subsistemele în care se încadrează. Aceste legături intra şi intersistemice au fost denumite de V. Săhleanu legături de tip informaţional. Întreaga viaţă (vom detalia mai târziu) se bazează pe aceste legături de tip informaţional, inclusiv integrarea ei în marea ordine, în marele sistem pe care îl denumim Univers.

Revenind la entropia de care "pomeneam" la începutul acestei postări, conform celor afirmate, viaţa înseamnă negentropie. De ce este atât de important acest aspect? Când se vorbeşte astăzi despre fenomenul vieţii se face adesea referire la cel de-al doilea principiu al termodinamicii, în ideea de a se face, de a se sublinia, diferenţa dintre un organism viu şi unul fizic, anorganic. Principiul postulează că orice sistem macroscopic nu poate evolua decât spre degradarea ordinii care îl caracterizează.

În alţi termeni, dacă Universul s-ar afla la temperatura de "zero grade absolut" (-273 grade Celsius sau 0 grade Kelvin), după cum am arătat în postările anterioare, starea de agitaţie termică ar înceta complet şi atomii, componentele atomice, totul, s-ar dezintegra şi, nu ar mai exista în sensul cunoscut de noi, deci să se dezintegreze ca sistem coerent, stabil, tinzând spre dezordine. Mărimea aceste dezordini a fost denumită entropie. Sistemele biologice sunt, în general, sisteme deschise care se opun dezintegrării, dezordinii. Entropia lor va fi aşadar negativă, de unde şi denumirea de negentropie dată de Schrodinger. Astfel, ele se deosebesc de toate sistemele fizice cărora le este caracteristică entropia pozitivă.

Într-un fel de concluzie, viaţa reprezintă ordine într-un univers entropic. Fiecare clipă din viaţa noastră este o victorie împotriva factorilor ce tind neîncetat să se dezintegreze. Această ordine în dezordine, adică integritatea sistemelor biologice, este menţinută prin aport şi schimb de substanţă, energie şi informaţie cu mediul. În funcţie de informaţiile conţinute în codul genetic, reprezentat prin ADN şi celule, ceea ce importăm din afara noastră ia destinaţii structural-funcţionale sau consumptive, îndeplinind miracolul care îl denumim viaţă. Acest schimb ne relevă că, viaţa este o oscilaţie în jurul unui punct de echilibru. Asta deoarece, fiind sisteme deschise în care se petrec permanent schimburi de energie cu exteriorul, structurile vii nu se pot afla într-un echilibru stabil. Ele "risipesc" în permanenţă energia şi materia, motiv care l-a determinat pe Prigogine să le numească "structuri disipative".

În ciuda a ceea ce s-ar putea sugera prin crearea termenului de "constante interne", organismele vii nu sunt niciodată într-un echilibru static, ci într-unul dinamic. De aici ideea de a defini viaţa ca o continuă oscilaţie în jurul unui punct de echilibru. Menţinerea funcţionalităţii într-un echilibru continuu adaptat necesităţilor de moment ca şi în cel al necesităţilor de perspectivă ale organismului se realizează prin mecanisme, procese de autoreglare, la baza cărora stau conexiuni inverse (feedback). Prin aceste posibilităţi de autoreglare, antientropice, sistemele vii se deosebesc de cele fizice, unde "sensul de curgere" este univoc, entropic.

Deci, viaţa reprezintă, în mare, prelucrare de informaţii. Definirea mecanismelor de autoreglare (feedback) de către numeroşi autori, mulţi dintre ei consideraţi azi ca fondatori ai ciberneticii, a determinat noi orientări în biologia modernă. Deducţiile lor au "tras" concluzia că, la sfârşitul secolului 19 organismul cheltuia forţă vitală, către sfârşitul secolului 20 cheltuia energie, iar în zilele noastre, adăugăm noi, prelucrează informaţie. Destinul acestui organism este funcţie de numeroşi factori dintre care amintim repetarea condiţiilor de mediu prevăzute în memoria speciei, durata vieţii posibil înscrisă în codul genetic, capacitatea de orientare în funcţie de informaţiile provenite din mediul ambiant ca şi din propriul sistem.

Nu putem concepe viaţa ca fiind posibilă la orice nivel de organizare, inclusiv monocelular, fără ca biosistemul să dispună de capacitatea de a sesiza mediul, adică de a emite, a primi şi a prelucra informaţie. Orice fiinţă lipsită de posibilitatea de a percepe mediul este sortită pieirii. dacă urmărim lanţul evolutiv al biosistemelor constatăm că, pe măsura derulării sale. a creşterii complexităţii de organizare, are loc o amplificare a capacităţii de prelucrare a informaţiei.

Cu cât organizarea sistemului este mai complexă, cu atât structurile capabile să prelucreze informaţie sunt mai evoluate, una implicând în mod necesar pe cealaltă. Şi, odată cu dezvoltarea capacităţii de prelucrare a informaţiei cresc şi capacităţile de adaptare ale fiinţei, de realizare optimală a funcţionalităţii sale, crescând în acelaşi timp autonomia sa faţă de mediu. dacă raţionăm din acest punct de vedere, atunci întreaga evoluţie a viului ne apare ca o evoluţie, în primul rând, a capacităţii sale de informare, o evoluţie care înscrie deci în sine, în mod implicit, tendinţa spre libertate a fiinţei din robia mediului. Şi, omul dispune în existenţa sa de cel mai mare grad de libertate, dreptul de a şi-l păstra şi între semeni fiind înscris în evoluţia sa ca o condiţie a vieţii.

Şi, aşa, am ajuns la necesitatea de a aborda informaţia. Într-o accepţiune intuitivă, informaţia este considerată drept o "ştire", o noutate care poate proveni din orice domeniu al cunoaşterii. Specialiştii îi acordă un sens mult mai precis şi în acelaşi timp mai abstract, reprezentând informaţia ca o succesiune discretă sau continuă de evenimente măsurabile, repartizate în timp. Informaţia este considerată, de asemenea, un mesaj sau o suită de mesaje despre variaţiile mediului intern sau extern. Mesajul, compus la rându-i din semnale, devine o informaţie după receptarea şi decodificarea sa, deci după ce a devenit un fenomen de cunoaştere.

Trecând la fiinţele vii, informaţia devine bioinformaţie. Vehicularea informaţiei la nivelul viului are unele particularităţi din care se remarcă cele ce vor fi prezentate în continuare. Sursa sau emiţătorul poate fi reprezentată de orice structură. Un organism viu primeşte şi emite informaţia, fiind în acelaşi timp şi sursă şi receptor, recepţionând informaţii atât din interiorul său, cât şi din afara sa. Spaţiul din jurul nostru este împânzit de informaţii, pornind de la surse foarte diverse. Din acest univers informaţional, organismul nu va recepta decât datele care poartă o semnificaţie pentru sine pentru care, evident, dispune de organe de recepţie.

De aici trebuie reţinut faptul că este foarte importantă semnificaţia informaţiei şi posibilitatea de a o recepta. O informaţie poate avea o semnificaţie pentru o fiinţă, spre exemplu undele care preced un seism, o furtună, dar se poate ca acestea să nu dispună de posibilitatea de a o decodifica. Este cazul fiinţei umane, dar se pare că nu este la fel pentru multe alte vieţuitoare. Agitaţia păsărilor înaintea furtunii, a schimbării vremii, neliniştea şi chiar tendinţa manifestată de a părăsi spaţiul închis în care se aflau înainte de seism sunt exemple în acest sens. Dar, spre deosebire de alte animale, omul a învăţat să îşi prelungească simţurile prin construirea de instrumente care culeg şi prelucrează informaţii ce ies din câmpul său natural de accesibilitate.

Aceste informaţii nu sunt utilizate de sistemele biologice la întâmplare, ci sunt supuse unor formule de prelucrare conform anumitor algoritmi. Din desfăşurarea acestor programe de prelucrare a informaţiei rezultă finalitatea sistemului exprimată prin funcţionalitate şi autoconservare. Şi, pentru a fi vehiculată la nivelul organismelor, informaţia are nevoie de suport energetic. În biologie, energiile ce servesc ca suport informaţional pot fi extrem de mici în raport cu efectul generat. Spre exemplu, este suficientă o expunere la o lumină cu o durată de o miime de secundă (în experiment de laborator) pentru ca ecloziunea musculiţelor Drosophila să se producă la toate exemplarele deodată.

Exemple de acest gen sunt foarte numeroase în funcţionarea sistemelor biologice (să amintim aici numai de acţiunea enzimelor şi a hormonilor). Sunt suficiente cantităţi infim de mici în plus sau în minus pentru ca efectele să fie total diferite (viaţă sau moarte). Curenţii cerebrali au valori de ordinul milivolţilor, dar efectele lor la nivelul organismului sunt de mii de ori mai mari, dacă avem în vedere doar forţa musculară dezvoltată de un individ.

Şi, mai devreme, am făcut afirmaţia despre algoritmi, despre programe. Programele pot fi moştenite (programe înnăscute) sau achiziţionate prin instruire (achiziţionate în timpul vieţii). Omul şi, într-o oarecare măsură, o parte chiar din celelalte animale, sunt fiinţe instruibile şi îşi pot forma conduite noi prin educaţie. Dezvoltarea civilizaţiei umane a fost posibilă tocmai graţie acestei însuşiri. De aceea omul este singura fiinţă care, în aceleaşi condiţii naturale ale apariţiei sale, a reuşit să îşi schimbe viaţa "beneficiind de această calitate". Programele transmise ereditar conţin depozitată în ele experienţa speciei. În explicarea genezei lor se admite că apar odată cu specia ca urmare a unor condiţii de mediu repetabile.

Pentru a se putea realiza scopul speciei (conservarea şi perpetuarea sa) organismul este înarmat cu programe care oglindesc condiţiile de mediu în care acesta va trăi. Dintre programele achiziţionate, în care intervin elemente cu coloratură "raţională", şi cele transmise ereditar, cu caracter instinctiv, ultimele îndeplinesc cel mai bine scopurile speciei şi mai puţin pe cele ale individului. De aceea sunt "oarbe", automate, obligând purtătorul să le execute întocmai, indiferent de obstacolele care i se opun. Valabil mai ales pentru animalele inferioare omului, faţă de semnificaţia unei informaţii se pot adopta două atitudini: da sau nu, favorabil sau nociv pentru organism, în funcţie de experienţa trecută, înregistrată în memoria speciei.

Animalele dintr-o anumită specie le vor fugări pe acelea pe seama cărora trăiesc, dar vor fugi de cele ce le sunt duşmani. În acest sens, la multe dintre ele intervine şi experienţa individuală. În locul unde omul a pătruns mai rar păsările nu fug de el, dar o fac imediat ce-i "învaţă" obiceiurile. S-au văzut, de asemenea, reuşite în dresaj de convieţuire paşnică între animale pe care memoria speciei şe-a declarat "duşmani", cum ar fi câinele cu pisica, şarpele cu omul, etc. Dar, spre deosebire de celelalte animale. omul are şi o a treia posibilitate de opţiune, alegerea. El poate opta şi da şi nu, undeva la mijloc, sau mai mult dintr-unul şi mai puţin din celălalt. De aceea, acest comportament este greu de cuantificat, de cuprins în limite precise, în formule matematice clasice.

Putem conchide în baza celor prezentate că, informaţia este o condiţie sine qua non pentru existenţa oricărui organism, a oricărui sistem viu. Fără informaţie nu poate exista viaţă. Aceasta înseamnă că toate sistemele vii, indiferent de nivelul de organizare, dispun de posibilitatea de a recepta, a transmite, a prelucra şi a emite informaţie în scopul elaborării unui comportament adecvat condiţiilor de mediu în care trăiesc.

În postarea următoare voi aborda "problema" structurilor capabile să prelucreze informaţia axându-mă pe sistemul nervos, structura specializată în funcţionarea informaţiei (a cărui activitate este pur informaţională - din punctul meu de vedere, şi îl veţi vedea la momentul oportun, nu prea este aşa dar... să dăm Cezarului ce este al Cezarului, materialiştii fiind predominanţii cititori ai postărilor mele actuale)...

Dragoste, Înţelegere şi Recunoştinţă (mai schimb puţin ordinea)!!!

Dorin, Merticaru