PML View

vesm9301_015

a-layerPDT/pml/amw/train-7/vesm9301_015.a.gz
m-layerPDT/pml/amw/train-7/vesm9301_015.m.gz
w-layerPDT/pml/amw/train-7/vesm9301_015.w.gz
treex-layerPDT/treex/amw/train-7/vesm9301_015.treex.gz

s-1 Chaos v biologii

s-2 JAROSLAV DROBNÍK

s-3 Jakkoli pestré jsou tvary a struktury organismů, jsou konec konců důsledkem struktury a agregace určitých typů molekul - převážně makromolekul.

s-4 Bohatost a provázanost životních pochodů, od jednoduché chemické reakce až po komplikované genetické regulace, je svou podstatou opět projevem přeměn a vzájemných interakcí těchto molekul a z nich vytvářených vyšších struktur.

s-5 Vývoj biologie založený na těchto premisách vždy provázel stín alternativních hypotéz, které se zakládaly na postulování něčeho mimo svět atomů a molekul, životní síly nebo jiného nehmotného principu.

s-6 Nedaly se však objektivně - tj. opakovaně, nezávisle na pozorovateli a místě - potvrdit experimentem, a proto se označují jako nevědecké.

s-7 Ze stejného důvodu nemají ani význam pro praktickou činnost lidstva.

s-8 To ovšem neznamená, že nemá smysl se s nimi seznámit.

s-9 Některé jejich postupy, chápány jako metafora nebo model, mohou být užitečné i v konstrukci vědeckých hypotéz - ta ostatně není možná bez fantazie, jejíž zdroje mohou být jakékoli.

s-10 Naše poznání má vlastnost fraktalů: část celku má stejně složitou strukturu jako celek, neboť každá část, na kterou celek při zkoumání rozložíme, se v dalším kroku opět stává celkem.

s-11 Řečeno jinou metaforou má naše snaha dosáhnout pravdy stejný průběh jako urychlování hmotné částice k rychlosti světla: čím blíže se k pravdě dostáváme, tím roste obtížnost postupu.

s-12 Proto v každé etapě poznání zůstává nenulový rozsah skutečností nepoznán a vzhledem k fraktalové povaze může být vnímán jako neznámý celek.

s-13 Na tomto základě pak staví a bude vždy stavět onen proud alternativních hypotéz života i světa.

s-14 Domněnka, že s postupem vědy alternativní hypotézy vymizejí, je iluze.

s-15 Naivní je také představa, že tyto hypotézy mají stále onu primitivní podobu klasické "životní síly".

s-16 Z výše uvedených důvodů skutečně jako stín provázejí vývoj vědy, a proto i ony se modernizují.

s-17 Alternativní hypotézou v biologii naší doby je např. představa, že život na Zemi založila jakási vesmírná civilizace.

s-18 Tato hypotéza se zrodila z množiny nepoznaných skutečností týkajících se evoluce genetického kódu.

s-19 Kromě množiny nepoznaných skutečností mají alternativní hypotézy ještě další kořen, ze kterého stále vyrůstají.

s-20 V prvém odstavci jsme prohlásili, že pro tvary a procesy v biologii jsou určující vlastnosti molekul.

s-21 Zhusta se však tato teze formuluje tak, že tvary a procesy v biologii lze bezezbytku vysvětlit vlastnostmi a interakcemi molekul.

s-22 Takové tvrzení je však v rozporu se skutečností a z tohoto rozporu klíčí antiteze, že kromě fyziky a chemie molekul potřebujeme ještě další princip, sílu či intelekt k vysvětlení života.

s-23 Pokusíme se paralelou jednoduchého příkladu ukázat, že tomu tak není:

s-24 Povolíme-li vodovodní kohoutek jen tak, aby voda netekla spojitým proudem, ale dostatečně k tomu, aby neodkapávala pravidelným laminárním způsobem, nastane v jeho ústí turbulence a kapání je nepravidelné.

s-25 Nikdo nebude v tomto jevu hledat přítomnost žádného vyššího principu či neznámé síly.

s-26 Jde jen o hydrodynamiku, povrchové napětí, gravitaci, atd., čili o soubor známých zákonů;

s-27 nicméně délku intervalu mezi odkápnutím dvou následných kapek předpovědět nemůžeme.

s-28 Je sice determinován zmíněnými zákony, ale jejich vztah k jevu, který pozorujeme, není lineární, tj. důsledek není úměrný příčině.

s-29 Naopak, v turbulenci může mít nepatrná příčina velké důsledky a naopak.

s-30 To vede ke zřetězení příčin a následků způsobem, který nazýváme deterministický chaos.

s-31 Výsledek jevů řidících se deterministickým chaosem není však náhodný.

s-32 Počasí je dobrým příkladem.

s-33 Víme, že předpověď na delší dobu je značně nejistá, ale lidové pranostiky nás přesvědčují, že ve větším souboru existují jisté pravidelnosti.

s-34 Ty bychom objevili i v pokusu s kohoutkem, kdybychom vhodným způsobem registrovali větší počet kapek.

s-35 Vlastností deterministického chaosu je totiž užší či volnější nahloučení stavů okolo určité hodnoty nazývané atraktor.

s-36 V případě počasí jsou to ony předvánoční oblevy, zmrzlí muži, Medard apod.

s-37 Poznání zákonitostí deterministického chaosu je poměrně novou disciplínou, a proto ne všechny vztahy jsou známy, a hlavně aplikace na jiné vědní obory jsou v samých začátcích.

s-38 V biologii se prokázalo, že i tak pravidelný jev jako bušení srdce je důsledkem zákonitostí chaosu.

s-39 V tomto případě atraktor vymezuje úzkou oblast jevů.

s-40 V případě výše zmíněného počasí je oblast atraktoru, jak každý víme, poměrně široká.

s-41 Je zřejmé, že aplikace principu chaosu bude velmi plodná v ekologii, evoluci, ale méně zřetelné je, že takto musíme nahlížet i na biochemii a molekulární genetiku.

s-42 V chemismu reakcí, které uskutečňují přeměnu látek a energií v organismech, je jen málo takových, jež mají stoprocentně jednoznačný průběh.

s-43 Většinou z výchozího stavu může s různou pravděpodobností probíhat několik reakcí.

s-44 Ještě zřetelněji vynikne takovýto multipotenciální charakter u asociace makromolekul, která je podstatou molekulární genetiky.

s-45 Každé přisednutí např. dvou polynukleotidů na sebe nebo specifické bílkoviny na určité místo na DNA či určité molekuly na receptor je určeno asociační konstantou danou množstvím uvolněné energie.

s-46 Přisednutí na "chybné" místo je také charakterizováno asociační konstantou a "správnost" pochodu z hlediska genetického, biochemického nebo regulačního je pouze výrazem kvantitativního rozdílu obou konstant.

s-47 Konstanty tedy determinují biochemické pochody, genetické či jiné regulace, a proto nepatrná změna v okolí děje, která v rozhodujícím okamžiku změní energetické stavy a tím i poměr konstant, může mít obrovské důsledky z hlediska životních pochodů.

s-48 Známým příkladem malých změn s velkými následky je kvantověmechanický tunelový jev, který může způsobit, že v okamžiku párování nukleotidů jsou elektrony v konjugovaném systému bází na "nesprávném" místě.

s-49 Právě nelinearita kauzálních vztahů je momentem, který podřizuje jak biochemii, tak i molekulární genetiku zákonitostem deterministického chaosu.

s-50 Tedy nikoli zvláštní síla, princip, či transcendentní intelekt je příčinou, proč nemůžeme redukovat životní děje na pouhou fyziku a chemii molekul.

s-51 Tyto faktory sice životní děje determinují, ale způsobem, který nedovoluje zpětně z velikosti důsledků usuzovat na velikost příčin a obdobně nedovolí jednoznačně předpovídat děje na větší počet kroků do budoucna.

s-52 Je velmi žádoucí, aby zejména pedagogové a mladá generace si tyto skutečnosti uvědomili, protože ve velké většině probíhá výklad, a tedy i vnímání biochemie, a zejména molekulární genetiky tak, jakby procesy v organismech probíhaly podle jednoznačné lineární kauzality.

s-53 Ve skutečnosti nejsou "zákonitosti", které píšeme na tabuli a do učebnic ničím jiným než atraktorem dějů probíhajících podle deterministického chaosu.

s-54 Není pochyb o tom, že využití modelu deterministického chaosu přinese v blízké budoucnosti zcela nové přístupy v biologii.

s-55 Patrně nejdříve v ekologii a evoluci, později ve fyziologii, biochemii a molekulární genetice.

s-56 Mám jen obavu, jak se uplatní naše biologie, protože na rozdíl od anglosaského způsobu univerzitního vzdělání je u nás tradiční separace studia biologie od matematiky a fyziky považována div ne za přednost.

dependency tree • text view