GEOMETRIA ŻYCIA

 Dla wielu z nas życie jest czymś zbyt niezwykłym żeby mogło powstać przez przypadek. Tym bardziej człowiek musiał być w ich mniemaniu stworzony na podobieństwo Boga. Choć nie jesteśmy w stanie wyjaśnić wszystkich tajemnic materia posiada niezwykłe zdolności do samoorganizacji i to może być kluczem do zrozumienia jak powstały tak złożone struktury jak nasze mózgi. 

W procesie samoorganizacji molekularnej w wyniku oddziaływań międzycząsteczkowych spontanicznie może utworzyć się samoporządkujący się system, w którym energia oddziaływań cząsteczkowych jest najniższa, a to ma kluczowe znaczenie w układach biologicznych, umożliwiając choćby zwijanie białka. 

Rozmaite reakcje oscylacyjne - których nie można opisać funkcją monotonicznie rosnącą ani malejącą - stymulują choćby pracę mięśnia sercowego czy okresowe zmiany potencjału na błonie komórek nerwowych. Choć dziś człowiek sam wykorzystuje oscylatory w swoich wynalazkach ich odkrycie początkowo spotykało się z pewnym niedowierzaniem, gdyż wydawały się sprzeczne z drugą zasadą termodynamiki.

W klasycznym podejściu postulowano konieczność wzrostu lub co najmniej zachowania entropii układu termodynamicznie odizolowanego na drodze spontanicznego procesu. Ostatecznie rozumienie tej zasady poszerzono o wymóg dostatecznie dużej produkcji entropii przez układ oraz  rozpraszania energii do otoczenia, co ma równoważyć spadek entropii układu poprzez proces samoorganizacji. 

Taka ciągła wymiana energii z otoczeniem tworzy dalekie od stanu równowagi stabilne stany stacjonarne, jakich powstaniu towarzyszy wzrost uporządkowania czyli struktury dyssypatywne. Tak się składa, że można do nich zaliczyć organizmy żywe - oto otwarte systemy, które potrzebują wciąż wolnej energii ze środowiska w celu podtrzymania homeostazy. 

Istotnym składnikiem życia jest zatrzymywanie informacji, dzięki czemu systemy biologiczne mogą się replikować oraz zwiększać złożoność i organizację. Taki system zawiera informację w postaci genów, ale aby pozostać zorganizowanym uwzględniać musi też wzorce środowiskowe i historyczne, a stąd już zmierzać może do generowania świadomości.

Zagadnienie morfogenezy, czyli przekształcania jednorodnych komórek w skomplikowane struktury, badał na gruncie matematyki sam ojciec informatyki Alan Turing. Swoje kanoniczne dziś ustalenia sprowadzał do postaci prostego kodu generującego złożone zjawiska. Matematyka nie implikuje jednak determinizmu - jak pokazuje nam teoria chaosu rozwój życia (jak i wszystkiego) jest na dłuższą metę nieprzewidywalny.

To jak z prostego wzoru rozwinąć niesamowicie skomplikowaną geometrię najlepiej jednak ilustruje geometria fraktalna Benoita Mandelbrota (nota bene litewskiego Żyda urodzonego w Warszawie) - wynikająca z iteracyjności, polegającej na powtarzaniu pewnych działań matematycznych na wynikach uzyskanych w poprzednim kroku. Wskutek prostych działań matematycznych wygenerować można najbardziej złożone na świecie struktury geometryczne. 

Teoretycznie istnieją figury o skończonym polu i nieskończonej długości krawędzi, gdzie dowolnie wybrany fragment zbioru podobny jest do jego całości. W tej abstrakcyjnej matematyce szybko dopatrzono się ścisłego opisu przyrody. Dzisiaj fraktale z powodzeniem stosuje się w naukach przyrodniczych widząc w nich wzór całej rzeczywistości. Czas pokaże czy pozwolą także wyjaśnić aktywność naszego mózgu...