رافائيل يوستي – مايكل ليفين

عانى “كان داروين” أزمة إيمان خلال كتابه التاريخي (أصل الأنواع). وعن الأمانة، كتب “داروين”: “لنفترض أن العين بكل وسائلها التي لا تضاهى لضبط التركيز على مسافات مختلفة، ولقبول كميات مختلفة من الضوء، ولتصحيح الانحراف الكروي واللوني، كان من الممكن أن يكون قد تم تشكيله عن طريق الانتقاء الطبيعي، كما أعترف، يبدو منافيًا للمنطق بأعلى درجة”.

بينما لا يزال العلماء يعملون على تفاصيل كيفية تطور العين، ما زلنا عالقين أيضًا في مسألة كيفية ظهور الذكاء في علم الأحياء. كيف يمكن لنظام بيولوجي أن يولد سلوكًا متماسكًا وموجهًا نحو الهدف من الأسفل إلى الأعلى عندما لا يكون هناك مصمم خارجي؟

في الواقع، لا يقتصر الذكاء على عقول بعض الأنواع المتميزة، والاستجابة الهادفة للمعلومات المتاحة، غالبًا ما تتوقع المستقبل، حيث يتم توزيعه بيولوجيًا، وبمختلف المقاييس المكانية والزمانية المختلفة. ولا يوجد أشخاص وثدييات وطيور ورأسيات القدم أذكياء فقط. ويمكن إيجاد سلوك ذكي وهادف لحل المشكلات في أجزاء من جميع الكائنات الحية: الخلايا والأنسجة المفردة، والخلايا العصبية الفردية، وشبكات الخلايا العصبية، والفيروسات والريبوسومات، وشظايا الحمض النووي الريبي، وصولاً إلى البروتينات الحركية والشبكات الجزيئية. ويمكن القول إن فهم أصل الذكاء هو المشكلة المركزية في علم الأحياء، وهي مشكلة لا تزال مفتوحة على مصراعيها. وفي هذا المقال، نجادل في أن التقدم في علم الأحياء التطوري وعلم الأعصاب يوفر الآن مسارًا واعدًا لإظهار كيف تكمن بنية الأنظمة المعيارية في أساس الذكاء التطوري والذكاء العضوي.

يتم تدريب علماء الأحياء على التركيز على آليات النظم الحية وليس على الغرض منها. ويُفترض علينا كعلماء أحياء، أن نحدد “كيف” بدلاً من “لماذا”، سعيًا وراء الأسباب بدلاً من الأهداف. كما أن “الأسباب” ليست حاضرة دائمًا فحسب، بل هي على وجه التحديد ما يدفع “الأهداف” المحددة للاختيار، مما يمكّن الكائنات الحية من البقاء على قيد الحياة عن طريق اختيار واستغلال آليات محددة من مساحة فلكية كبيرة من الاحتمالات. وفي حالة عين الإنسان، على سبيل المثال، تكون الخصائص البصرية للعدسة منطقية فقط إذا كانت تساعد في تركيز الضوء على شبكية العين. وإذا لم تسأل عن سبب شفافية العدسة، فلن تفهم وظيفتها أبدًا، بغض النظر عن المدة التي تدرس فيها كيف تصبح شفافة.

في الواقع، أصبحت مشكلة فهم كيفية ظهور الذكاء أكثر حدة مع ثورة “أوميكس”، التي تولد بيانات كمية منهجية عن الجينوم والترانسكريبتومات والبروتينات والشبكات العصبية. ويجري تشريح الأنظمة البيولوجية إلى درجة تعقيدها المطلق، ولكن لا توجد إجابة سحرية تظهر في نهاية النفق. كما أن السباق إلى البيانات الضخمة لا يقدم تفسيرًا أفضل للأنظمة الحية. وإذا كان هناك أي شيء، فإنه يجعل الأمر أكثر صعوبة.

يواجه علم الأحياء الحديث فجوة معرفية أساسية عند محاولة تفسير سلوك معبر وذكي وذي مغزى. وكيف يمكن لنظام متكون من خلايا وإشارات كهربائية أن يولد جسمًا مناسبًا تمامًا مع حالات سلوكية وعقلية؟ وإذا لم تكن الخلايا ذكية، فكيف يمكن للسلوك الذكي أن ينبثق من نظام موزع يتكون منه؟ هذا اللغز الرئيسي يتخلل علم الأحياء. وجميع الظواهر البيولوجية، في معنى ما، “قرارات جماعية” لأن الكائنات الحية تتكون من أجزاء فردية وأعضاء وأنسجة وخلايا وعضيات وجزيئات، وما هي خصائص الأنظمة الحية التي تمكن المكونات من العمل معًا نحو أهداف أعلى مستوى.

يظهر حل مشترك في مجالين مختلفين: علم الأحياء التطوري وعلم الأعصاب. ويستمر هذا الجدال على ثلاث خطوات: الأولى ترتكز على واحدة من أولى وأفضل أفكار التصميم الخاصة بالاختيار الطبيعي، وهي النمطية؛ إذ تعتبر الوحدات النمطية هي وحدات وظيفية قائمة بذاتها مثل الشقق في المبنى. وتقوم الوحدات النمطية بتنفيذ الأهداف المحلية التي هي، إلى حد ما، ذاتية الصيانة وذاتية التحكم. وتتمتع الوحدات بذكاء أساسي في حل المشكلات، كما أن استقلالها النسبي عن بقية النظام يمكّنها من تحقيق أهدافها على الرغم من الظروف المتغيرة. ففي عمارتنا، يمكن للعائلة التي تعيش في شقة أن تستمر في حياتها الطبيعية وتسعى إلى تحقيق أهدافها، وإرسال الأطفال إلى المدرسة على سبيل المثال، بغض النظر عمَّا يحدث في الشقق الأخرى. وفي الجسم، على سبيل المثال، تعمل أعضاء مثل الكبد بوظيفة معينة منخفضة المستوى، مثل التحكم في العناصر الغذائية في الدم، باستقلال نسبي فيما يتعلق بما يحدث، على سبيل المثال، في الدماغ.

الخطوة الثانية في هذا الجدال هي أنه يمكن تجميع الوحدات في تسلسل هرمي: تتحد الوحدات ذات المستوى الأدنى لتشكل وحدات نمطية متطورة بشكل متزايد، وتصبح بعد ذلك لبنات بناء جديدة للوحدات ذات المستوى الأعلى، وما إلى ذلك. ففي مبنى شقتنا، يمكن أن تنتمي العائلات إلى جمعية محلية، مثل فرع محلي لحزب سياسي، يمكن أن تكون أهدافه ضمان الرفاهية المستقبلية لجميع العائلات في المنطقة. كما يمكن أن ينتمي هذا الحزب إلى البرلمان، الذي قد يكون هدفه تشكيل سياسة الدولة كلها، وما إلى ذلك. وفي علم الأحياء، يمكن أن تنتمي أعضاء مختلفة إلى نفس جسم الكائن الحي، الذي يتمثل هدفه في الحفاظ على نفسه والتكاثر، ويمكن أن تنتمي الكائنات الحية المختلفة إلى مجموعة، مثل خلية النحل، التي تهدف إلى الحفاظ على بيئة مستقرة لأعضائها. وبالمثل، تتكامل أهداف التمثيل الغذائي والإشارات المحلية للخلايا نحو نتيجة مورفوجينية لبناء وإصلاح الأعضاء المعقدة. وهكذا، ينبثق الذكاء المعقد بشكل متزايد من التسلسلات الهرمية للوحدات.

قد يبدو أن هذا يحل المشكلة، باستثناء أن النمطية الهرمية ما زالت لا تشرح كيف يمكن للتطور، بتغيير عنصر واحد فقط في كل مرة عند مستوى أدنى، أن يتلاعب بالمستويات العليا. وبالنظر إلى أن المستويات العليا مبنية بأذرع سفلية، ألن تظل بحاجة إلى تعديل عدد كبير من الأشياء في نفس الوقت لتغيير وحدة المستوى الأعلى؟ 

وتعالج الخطوة الثالثة هذه المشكلة بأن كل وحدة تحتوي على عدد قليل من العناصر الأساسية التي تعمل كأجهزة تحكم أو نقاط تشغيل تنشط الوحدة. ويُعرف هذا باسم إكمال النمط، حيث يؤدي تنشيط جزء من النظام إلى تشغيل النظام كله. ففي مبنى شقتنا، سيكون للعائلة شخصية مركزية واحدة، دعنا نقل أحد الوالدين، الذي سيمثل الأسرة في الاجتماعات ويشاركها عند الحاجة. وتعمل نقاط التشغيل هذه على تمثيل الوحدة كلها وبالتالي تمكين هذه الوحدات من التنشيط أو التغيير أو تعطيل أو نشرها في ظروف جديدة دون الحاجة إلى معالجة أو إعادة إنشاء جميع أجزائها. وعلاوة على ذلك، يظهر إكمال النمط بشكل طبيعي من أنظمة العناصر المترابطة مع التفاعلات بين العناصر. 

وفي السنوات الأخيرة، وجد الباحثون دليلاً على إكمال النمط في كل من الدوائر العصبية وعلم الأحياء التطوري. وعلى سبيل المثال، عندما درس “لويس كاريلو ريد” وزملاؤه في جامعة كولومبيا، كيفية استجابة الفئران للمنبهات البصرية، وجدوا أن تنشيط ما لا يقل عن اثنين من الخلايا العصبية في منتصف دماغ الفأر – الذي يحتوي على أكثر من 100 مليون خلية عصبية – يمكن أن يؤدي بشكل مصطنع إلى تصورات بصرية تؤدي إلى سلوكيات معينة. وهذه الخلايا العصبية الرائعة المكتملة للنمط قامت بتنشيط وحدات صغيرة من الخلايا التي عملت على تشفير الإدراك البصري، والتي فسرها الفأر على أنها أشياء حقيقية. وبالمثل، وفي عمل نُشر عام 2018، قام “مايكل ليفين” من جامعة تافتس وكريستوفر مارتينيوك من جامعة فلوريدا، بمراجعة البيانات التي توضح كيف أن تحفيز نمط كهربائي بيولوجي بسيط في الأنسجة غير العصبية يحفز الخلايا على بناء عين أو أعضاء معقدة أخرى في مواقع جديدة، مثل أمعاء الشرغوف.

سبق أن تم استكشاف فكرة النموذج الهرمي لشرح الذكاء البيولوجي من قبل الاقتصادي “هربرت سيمون”، وعالم الأعصاب “فالنتينو برايتينبيرج”، وعالم الكمبيوتر “مارفن مينسكي”، وعلماء الأحياء التطورية “ليو بوس”، و”ريتشارد دوكينز” و”ديفيد هيج”، والفيلسوف “دانيال سي دينيت”، من بين آخرين كثيرين. ويمكن لهذه التجارب الحديثة لعلم الأحياء التطوري وعلم الأعصاب أن توفر الآن آلية مشتركة لكيفية عمل ذلك عبر العقد الرئيسية التي تولد إكمال النمط. بينما لا يزال هناك الكثير لنتعلمه حول كيفية عمل وحدات إكمال النمط، إذ إنها يمكن أن توفر حلاً لمشكلة كيفية إعادة توظيف نظام الوحدات دون الحاجة إلى تغييره بالكامل. ويُعدُّ التلاعب بوحدات متابعة الهدف المحلية، لجعلها تتعاون على مستويات متعددة من التنظيم في الجسم، محركًا قويًا. كما أنه يمكّن التطور من استغلال الذكاء الجماعي لشبكات الخلايا، باستخدام الحيل المكتشفة على المستوى الأدنى وإعادة توحيدها أثناء العمل بقوة على الرغم من الضوضاء وعدم اليقين.

مثل السُّقاطة، يمكن للتطور أن يتسلق سلم الذكاء بشكل فعال، ويمتد على طول الطريق من الجزيئات البسيطة إلى الإدراك. ويمكن أن تساعد الوحدات النمطية الهرمية وإكمال النمط في فهم عملية صنع القرار للخلايا والخلايا العصبية أثناء التشكل وعمليات الدماغ، مما ينتج عنه سلوك وحيوانات متكيفة بشكل جيد. ولا يمكن أن تساعدنا دراسة كيفية ظهور الذكاء الجمعي في علم الأحياء على فهم عملية ومنتجات التطور والتصميم بشكل أفضل فحسب، بل يمكن أن تكون ذات صلة أيضًا بتصميم أنظمة الذكاء الاصطناعي، وبشكل عام للهندسة وحتى العلوم الاجتماعية.

إعداد: وحدة الترجمات بمركز سمت للدراسات

المصدر: scientificamerican