SYMFONIA ZMYSŁÓW

 Kiedy Darwin ogłaszał swoją teorię ewolucji nie znał jeszcze mechanizmów dziedziczenia. Twierdził po prostu, że gatunki przekształcają się stopniowo na drodze przekazywania adaptacyjnych cech. Pierwszym biologiem matematycznym, który próbował rozwikłać tę zagadkę w sposób ścisły był natomiast dziewiętnastowieczny czeski zakonnik Gregor Mendel i to jego właśnie uważa się za prekursora genetyki.

Na podstawie eksperymentów i statystyki Mendel wykazał, że dziedziczenie cech u grochu zwyczajnego opiera się na pewnym zestawie praw, a nie bezładnej "mieszaninie". Z grubsza chodziło mu o to, że zawężając obserwację do pojedynczych cech uznać można kontrolę jednostkowego czynnika, który dzisiaj nazywamy genem. Odkrył też, że jedne geny dominują nad innymi - recesywnymi.

Mendel obliczył, że jedna roślina o cechach recesywnych przypada na trzy rośliny o cechach dominujących, przy czym występowanie danej cechy - recesywnej czy dominującej - nie wiąże się z recesywnością czy dominacją innych cech, a każda z nich dziedziczona jest niezależnie. Ustalenia te przeszły w zasadzie bez echa - potraktowano je jako rolniczą ciekawostkę i nawet nie próbowano ich weryfikować. 

Dopiero w następnym stuleciu amerykański uczony Thomas Morgan badając muszki owocówki docenił uniwersalność praw Mendla. Otóż krzyżując mutanta o białych oczach z "normalnymi" czerwonookimi muszkami spostrzegł, iż stosunek czerwonookich much do białookich wynosił 3:1, a zatem mnich od groszku miał rację... Oczywiście trzeba było jeszcze rozwikłać, czym są jednostki dziedziczenia i jakimi mechanizmami się posługują. 

Dzisiaj wiemy, że odpowiedzi zapisane są w naszym DNA. Kwas deoksyrybonukleinowy jest swoistym kodem czy szyfrem, a zarządzanie danymi odbywa się na poziomie chemicznym i fizycznym przez właściwości matematyczne, w czym widzieć możemy swoistą bioinformatykę. Teoretyczny pierwowzór komputera - maszyna Turinga - zmieniający rozkazy w zależności od kombinacji stanu maszyny i symbolu odczytywanego z taśmy, przypomina oprzyrządowanie którego komórki używają do kodowania, odczytywania i przechowywania informacji. 

Wyższość kodu genetycznego polega na tym, że nie potrzebuje on oprogramowania, żeby samemu przechowywać informacje i wykonywać operacje, a nawet się replikować. No cóż, biomaszyny w każdej sekundzie rozwiązują nieskończoną liczbę złożonych problemów. Niektórzy twierdzą nawet, że DNA jest czymś więcej niż tylko kodem, że jest... językiem - i nie chodzi tu o jakąś wyszukaną metaforę tylko funkcję lingwistyczną.

Biosemiotyka postrzega wiele zjawisk i funkcji w centrum życia organicznego jako mechanizmy semiotyczne - już na poziomie molekularnym życie jest procesem przetwarzania znaków, których nie można zastąpić tylko zapisem logicznym czy matematycznym, gdyż istotne jest ich znaczenie... Komórki muszą odbierać sygnały z otoczenia, żeby następnie formułować chemiczną odpowiedź. Kod genetyczny - podobnie jak każdy ludzki język - kieruje się tak zwanym prawem Zipfa.

Ten amerykański lingwista zauważył, że jeżeli uporządkować słowa danego języka według częstotliwości ich występowania w wypowiedziach, to najczęściej występujące słowo pojawia się dwukrotnie częściej niż drugie pod względem częstości występowania, trzykrotnie częściej niż trzecie, sto razy częściej niż setne i tak dalej... Paradoksalnie więc tak skomplikowane struktury jak ludzkie języki można opisać bardzo prostym prawem. Tak na marginesie geometryczna koncepcja fraktali zrodziła się właśnie z chęci udoskonalenia przez Mandelbrota prawa Zipfa...

Z czasem okazało się, że to prawo empiryczne odnosi się do wielu rodzajów danych - dystrybucja częstotliwości występowania poszczególnych wartości jest odwrotnie proporcjonalna do ich rangi statystycznej. W komórce tak jak w języku tylko niewielka grupa genów jest stale aktywna, a reszta odzywa się z rzadka, wedle wspomnianych lingwistycznych zależności.

Co jeszcze bardziej intrygujące DNA ma również zipfianskie właściwości... muzyczne. W niektórych tonacjach muzycznych pewne nuty pojawiają się częściej niż inne - zgodnie z rozkładem charakterystycznym dla omawianego prawa. Muzycy przypisując harmonijne nuty najczęściej występującym w sekwencji danego białka aminokwasom odkryli, że daje to kompozycje znacznie bardziej melodyjne niż przypadkowe nuty. Z kolei translacja nut jednego z nokturnów Chopina na DNA ukazała ich zaskakujące podobieństwo do sekwencji jednej z części genu polimerazy RNA - białka obecnego we wszystkich żywych organizmach.