Biyolojik sistemlerin doğada mevcut olan bütün sistemlerin en karmaşığı olduğu bilinir ve bu özellik diğer sistemlerin hiç birinde olmayan canlılıkla ilgili bir dizi içsel niteliklerle açıklanmaya çalışılır. Bu olağanüstü özellik olan karmaşıklık adaptasyon ve doğal seçilim yasaları ile açıklanır. Ancak şimdiye kadar, uyum ve doğal seçilim yasalarının neden bu tür bir karmaşıklığa yol açtıklarının mantıklı ve bilimsel bir açıklaması yapılamamıştır.
Uyum ve doğal seçilim yasaları neden biyolojik sistemlerdeki karmaşıklıktan sorumludurlar?
Biyolojik sistemler uyum ve doğal seçilim yasalarından dolayı mı karmaşıktırlar?
Wolfram biyoloji ile ilgili temel sorunları, diğer bilim dallarında olduğu gibi, basit ve spesifik olmayan proğramlarla çözmeye çalışmıştır. Evrim biyoloji için önemli bir sorundur. Biyolojik sistemlerin müthiş karmaşıklığı dikkate alınırsa, evrimin de son derece kompleks bir süreç olduğu sonucu çıkarılabilir.
Bu kadar karmaşık bir sistemden son derece ilkel ve basit olan doğal seçilim yasası nasıl sorumlu olabilir?
Temel olarak doğal seçilim yasasında iki seçenek vardır. Kabul veya red. Evet veya hayır!
Doğal seçilim bir değişikliği ya onaylar, ya da onaylamaz. Yalnız iki seçenekten oluşan bir proğram nasıl olurda sonunda inanılmaz bir karmaşıklığa neden olabilmektedir?
Fizikte, fizik yasaları ile ilgili proğramlar yapılan deneyleri ve gözlemleri açıklamada kullanılırlar. Yani proğramlar mevcut fizik yasalarından çıkarılmışlardır.
Biyolojik sistemlerde ise canlılar, genetik materyel içinde yer alan bazı proğramlardan yararlanarak varlıklarını sürdürürler. Genetik proğramların hepsi son derece karmaşık niteliklere sahiptirler. Her canlı için milyonlarca farklı kural vardır. Biyolojik sistemdeki karmaşıklıklardan bu kuralların sorumlu olduğu sonucu çıkarılabilir. Özellikle canlılarda farklı doku ve organların olması çok sayıda farklı ve ayrı kuralların da olması şeklinde yorumlanabilir.
Hücrelerde mevcut genetik proğramlar, ortamda mevcut organik molekülleri bir araya getirerek, kendileri gibi yeni bir hücre oluşturacak bilgiye sahip midirler?
Başka bir deyişle canlı bir hücrenin atalarından kazandıkları sadece genetik bilgi midir? Bu genetik bilgi yeni bir hücre oluşturmak için yeterli midir?
Dört milyar yıl önce ortaya çıkan ilk canlı hücrenin yalnız genlerinin yeni nesillerde devam ettiğini düşünmek yanlıştır. Yeni nesillerde yaşamaya devam eden ve bu arada evrimi gerçekleştiren yalnız genler değildir. Hücrenin tümüdür. Eğer hücrenin tümü intikal etmeseydi, yalnız genetik malzeme ile yeni bir hücre oluşturmak mümkün olamazdı. Yeni nesillerde devam eden hücredeki genetik malzeme, hücrenin tümünün canlılığını devam ettirmesi, gelişmesi, ortama uyması için gerekli genetik bilgiye sahiptir. Ama genetik bilgi hücrenin diğer öğeleri ve tamamı olmadan, yalnız çevrede mevcut organik moleküllerden yararlanarak bunu başaramaz. Yeni nesillerde devam eden 4 milyar yıl önce ortaya çıkan, doğal olarak aradan geçen zaman içinde evrilen ve büyük değişikliklere maruz kalan ilk hücredir.
Bütün organizma yerine, onun yalnız bir parçasına bakarsak, nasıl bir manzara ile karşılaşırız?
Canlılarla ilgili bir dokuyu mikroskopik düzeyde incelersek, oldukça basit ve düzgün (regüler) bir yapıya sahip olduğunu görürüz. Bu yüzden onların oldukça basit proğramlar tarafından oluşturulduğu izlenimi alırız.
Peki biyolojik sistemlerde gözlemlenen çok daha karmaşık şekilleri nasıl açıklayacağız? Sağ duyumuz bize onların son derece sofistike proğramlar tarafından şifrelendiğini söyleyecektir. Basit proğramlar bir araya gelerek onları oluşturabilirler mi? Biyolojik sistemlerde olan bu mudur? Muhtemelen öyle olmalıdır. Çünkü bu durumda son derece kompleks proğramlara gereksinim vardır ve onların varlığının delillleri yoktur. Canlılardaki bütün şekiller basit proğramlar tarafından şifrelenmiş olmak zorundadırlar.
Her ne kadar canlıların tüm genetik proğramları uzun ve çok karmaşık iseler de, canlının bazı sınırlı özelliklerini denetleyen alt proğramlar oldukça basittirler. Ancak yine de onların bir araya gelmesi mevcut karmaşıklığı anlamada yeterli olmayabilir. İlk bakışta bu karmaşıklığın doğası hakkında fazla bir şey söylenemeyebilir.
Canlıları yakından inceleyince biyolojik karmaşıklıkların yalnız sınırlı bir dağılımı olduğu görülür. Örnegin pigmentasyonu ele alalım. Pigmentasyon derinin hemen altında yer alan birkaç hücre türünün eseridir. Son derece karmaşık olan pigmentasyondan sadece bu bir kaç tür hücre sorumludur. Onlar bir araya gelerek çok renkli bir manzara oluşturabilirler.
Pigmentasyondan ve canlının diğer karmaşık niteliklerinden sorumlu proğramlar nasıl ortaya çıkmışlardır?
Bu proğramların ortaya çıkmasına neden olarak canlıların çevreye uymak zorunluğunu gösterebiliriz. Bu bilimsel olarak kabul edilen bir görüştür. Canlılar çevreye uyum yapacak niteliklerini en üst düzeyde manifest etmek zorunda bırakılırlar. Bundan doğal seçilim sorumludur.
Ortama en iyi uyup çoğalan varlığını devam ettirir. Tabii bundan sahip olduğu genetik proğram sorumludur. Eğer belli bir proğram ortam için daha uygun ise, o proğrama sahip canlılar diğer proğramlara sahip olan canlılardan daha çok çoğalırlar. Her yeni nesilde küçük yeni mutasyonlar olur ve onlar da doğal seçilime maruz kalırlar. Birçok nesilden sonra canlının ortama daha iyi uymasını sağlayan bir proğram gelişir. Yani burada her seferinde uyum sağlayan proğram seçilmektedir. Bu sürecin sonu yoktur. Bu sürekli bir süreçtir.
Peki bu süreç ne kadar başarılı olacaktır? Bu rastgele mutasyonların seçilmesi sürecinden beklenenler nelerdir?
Basit proğramlar bir araya gelerek giderek karmaşıklaşan bir durum ortaya çıkabilir ve sonunda optimum bir sonuca varılabilir. Ama karmaşıklık devam edince optimum bir sonuca varmak mümkün olmayabilir. Bu durumda ulaşılan optimun sonuç da aslında çok basit kalmaktadır. Canlı proğramlarında bu şekilde bir sonuca ulaşmak için gerekli basamak sayısı astronomiktir. Karmaşık sonuçlara ulaşabilmek için biyolojik sistemlerin bazı hilelere baş vurması ve bu süreçi hızlandırması gerekmektedir. Bunların başında cinsel çoğalma gelir. Bu çoğalmada çesitli proğramlar bir araya getirilmekte ve aralarında eşleşme sağlanmaktadır. Burada eşleşen proğramlar, mutasyonda olduğundan çok daha geniş ve fazladır. Organlar farklılaşınca aynı proğramın farklı bölümleri ayrı ayrı yenilenirler. Başka bir deyişle aynı proğramın farklı bölümleri devreye girerler ve kullanılırlar. Yine de canlılarda görülen bu karmaşıklığı sağlamak ve üstesinden gelmek çok zordur. Bunda bir bit yeniği olmalıdır.
Gerçekten biyolojik sistemlerde diğer sistemlerde ulaşılan optimun çözümlere ulaşılamaz. Biyolojik sistemler için gerekli çözümün ölüme neden olmayacak kadar etkili olması yeter. Biyolojik sistemlerin gereksinimi bu kadardır. Mutlaka ideal derecede optimum bir düzeye ulaşmak gereksizdir.
Günümüzde biyolojik sistemlerin her özelliğini canlının uyumunu maksimum düzeye çıkaran düzeneklerle açıklamak eğilimi vardır. Bu proğramların bir kısmı geçmişte vuku bulan biyolojik evrimden intikal etmişlerdir. Herhangi bir canlıda herhangi bir yapının ortaya çıkması kolay veya zor olabilir. Ama onların varlığı canlıların maksimum uyumu için gereklidir. Canlı onlarsız var olamaz. İlk bakışta onların varlık nedenini anlamak zor olabilir. Basit olanlarının neden var oldukları hakkında bir hipotez ortaya atmak mümkündür. Onlara bir anlam verdikten ve işlev ve önemlerini anladıktan sonra biyolojiye olan hayranlığını gizleyemez artık insan. Bir sarmaşığın diğer bir bitki üzerinde dönerken bütün yapraklarını güneşe çeviren bir altın orana sahip olması veya kabuklu deniz hayvanlarındaki çesitlilik insanda hayranlık uyandıran gözlemlerdir. Ama bunların ortaya çıkmasının gerçek nedeni insanda hayranlık uyandırmak değilse, nedir? Belki de bu özelliklerin ortaya çıkma nedeni, onların daha basit proğramlarla başarılabilme özelligidir. Ayrıntıların belli bir amacı yoktur. Örnegin pigmentasyon örneklerinin yakından incelenmesi onların bir amaca hizmet ettiği sonucuna varmamıza neden olmaz. Geçmişte optimizasyon kavramının sofistike bir amaca hizmet ettiğine ve biyolojik kompleksliğin bu nedenle ortaya çıktığına inanılırdı. Ancak basit proğramların kompleks davranışlar ortaya çıkarması bu konuda farklı düşünmeye neden olmuştur. Biyolojik evrim sırasında karşılaşılan rastgele mutasyonlar zamanla bütün proğramı etkileyecek ve karmaşık davranışları tetikleyerek yeni proğramların ortaya çıkmasını sağlayacaklardır.
Bazı proğramlar canlıların daha başarılı olmasını sağlayacak ve doğal seçilim onları yeğleyecektir. Yine de sonunda başarılı uyumdan muhtemelen o kompleks proğramın tamamı değil, kabaca yalnız bir bölümü sorumlu olacaktır. Rastgele seçilen proğramlardan bir çoğu kompleks davranıştan sorumlu olabilir. Geçmişte biyolojik sistemlerdeki karmaşıklığa ulaşmanın çok zor olduğuna inanılırdı. Wolfram’ın basit proğramlar üzerindeki çalışmalarından anlaşıldığı kadarıyla bu inanış yanlıştır.