روبرت روزن (عالم أحياء)

اقترح روزن في بحثه منهجيةً ينبغي تطويرها بالإضافة إلى المناهج الاختزالية الحالية في علم الأحياء الجزيئي . أطلق روزن على هذه المنهجية اسم " علم الأحياء العلائقي" . ويُنسب مصطلح " علائقي" إلى أستاذه نيكولاس راشيفسكي ، الذي نشر عدة أبحاث حول أهمية العلاقات القائمة على نظرية المجموعات ^{[ 8 ]} في علم الأحياء قبل تقارير روزن الأولى حول هذا الموضوع. ويُعدّ منهج روزن العلائقي في علم الأحياء امتدادًا وتوسيعًا لمعالجة نيكولاس راشيفسكي للعلاقات من الرتبة n داخل المجموعات العضوية وفيما بينها، والتي طورها على مدى عقدين من الزمن كتمثيل لكل من "الكائنات" البيولوجية والاجتماعية.

يؤكد علم الأحياء العلائقي لروزن أن الكائنات الحية، بل وجميع الأنظمة، تمتلك خاصية مميزة تُسمى التنظيم، وهي خاصية لا تندرج ضمن لغة الاختزالية، كما هو الحال في علم الأحياء الجزيئي ، على الرغم من تزايد استخدامها في علم الأحياء النظمي . ولا يقتصر هذا التنظيم على الجوانب البنيوية أو المادية فحسب، بل يشمل، على سبيل المثال، جميع العلاقات بين الأجزاء المادية، والعلاقات بين آثار تفاعلات هذه الأجزاء، والعلاقات مع الزمن والبيئة، على سبيل المثال لا الحصر. ويلخص كثيرون هذا الجانب من الأنظمة المعقدة ^{[ 9 ]} بالقول إن الكل أكبر من مجموع أجزائه . ويجب اعتبار العلاقات بين الأجزاء وبين آثار التفاعلات أجزاءً "علائقية" إضافية، بمعنى ما.

قال روزن إن التنظيم يجب أن يكون مستقلاً عن الجسيمات المادية التي تشكل ظاهرياً نظاماً حياً . وكما قال:

يُجري جسم الإنسان تغييرات جذرية على المادة التي يتكون منها كل ثمانية أسابيع تقريبًا، من خلال عمليات الأيض والتكاثر والإصلاح. ومع ذلك، فأنت ما زلت أنت - بكل ذكرياتك وشخصيتك... إذا أصرّ العلم على مطاردة الجسيمات، فسوف يتتبعها عبر الكائن الحي دون أن يُصيبه.

يركز نهج روزن في علم الأحياء العلائقي المجرد على تعريف الكائنات الحية، وجميع الأنظمة المعقدة ، من حيث تنظيمها الداخلي كنظم مفتوحة لا يمكن اختزالها إلى مكوناتها المتفاعلة بسبب العلاقات المتعددة بين مكونات التمثيل الغذائي والتكاثر والإصلاح التي تحكم الديناميات الحيوية المعقدة للكائن الحي.

لقد اختار عن قصد أبسط الرسوم البيانية والفئات لتمثيلاته لأنظمة الأيض والإصلاح في فئات صغيرة من المجموعات المزودة فقط بالطوبولوجيا المنفصلة "الفعالة" للمجموعات، متصورًا هذا الاختيار على أنه الأكثر عمومية والأقل تقييدًا. ومع ذلك، اتضح أن الاستلزام الفعال لـ${\displaystyle (M{,}R)}$تُعتبر الأنظمة "مغلقة أمام السبب الفعال" ^{[ 10 ]} ، أو بعبارة أبسط، فإن المحفزات ("الأسباب الفعالة" لعملية الأيض، والتي تُعرف عادةً بالإنزيمات) هي نفسها نواتج لعملية الأيض، وبالتالي لا يمكن اعتبارها، بالمعنى الرياضي الدقيق، فئات فرعية من فئة الآلات المتسلسلة أو الأوتوماتا : وهذا يتناقض بشكل مباشر مع افتراض الفيلسوف الفرنسي ديكارت بأن جميع الحيوانات ليست سوى آلات أو آليات معقدة . صرّح روزن: " أجادل بأن الحل الوحيد لمثل هذه المشكلات [المتعلقة بحدود الذات والموضوع وما يشكل الموضوعية] يكمن في الاعتراف بأن حلقات السببية المغلقة هي "موضوعية"؛ أي أنها موضوعات مشروعة للبحث العلمي. وهذه الحلقات ممنوعة صراحةً في أي آلة أو آلية. " ^{[ 11 ]} كان برهان روزن على "الإغلاق الفعال" هو تقديم هذه المفارقة الواضحة في العلم الآلي، وهي أنه من ناحية تُعرَّف الكائنات الحية من خلال هذه الإغلاقات السببية، ومن ناحية أخرى تمنعها الآلية؛ وبالتالي نحتاج إلى مراجعة فهمنا للطبيعة. لا تزال النظرة الآلية سائدة حتى اليوم في معظم فروع علم الأحياء العام، وفي معظم العلوم عموماً، على الرغم من أن البعض يدّعي أنها لم تعد كذلك في علم الاجتماع وعلم النفس، حيث فشلت المناهج الاختزالية وفقدت شعبيتها منذ أوائل سبعينيات القرن الماضي. ومع ذلك، لم تتوصل هذه المجالات بعد إلى توافق في الآراء بشأن ماهية النظرة الجديدة، كما هو الحال أيضاً في معظم التخصصات الأخرى، التي تكافح من أجل الحفاظ على جوانب مختلفة من "استعارة الآلة" للأنظمة الحية والمعقدة.

أصبح توضيح الفرق بين النماذج العلمية البسيطة والمعقدة هدفًا رئيسيًا لتقارير روزن المنشورة في السنوات اللاحقة. وأكد روزن أن النمذجة هي جوهر العلم والفكر. ويصف كتابه " الأنظمة الاستباقية" ^{[ 12 ]} بالتفصيل ما أسماه " علاقة النمذجة" . وبيّن الاختلافات الجوهرية بين علاقة النمذجة الحقيقية والمحاكاة ، التي لا تستند إلى مثل هذه العلاقة.

في علم الأحياء الرياضي، يُعرف بأنه مبتكر فئة من النماذج العلائقية للكائنات الحية ، والتي تسمى${\displaystyle (M{,}R)}$الأنظمة التي ابتكرها لالتقاط الحد الأدنى من القدرات التي يحتاجها النظام المادي ليكون أحد أبسط الكائنات الحية الوظيفية التي يُقال عنها عادةً أنها "حية". في هذا النوع من الأنظمة،${\displaystyle M}$يرمز إلى الأيض و${\displaystyle R}$يرمز إلى أنظمة "الإصلاح" الفرعية للكائن الحي البسيط، على سبيل المثال جزيئات الحمض النووي الريبي النشطة "للإصلاح". وبالتالي، فإن طريقته في تحديد أو "تعريف" الحياة في أي نظام معين هي طريقة وظيفية، وليست مادية؛ على الرغم من أنه تناول في تقاريره المنشورة في سبعينيات القرن الماضي تحقيقات ديناميكية محددة لأبسط الكائنات الحية${\displaystyle (M{,}R)}$الأنظمة من حيث الإنزيمات (${\displaystyle M}$)، الحمض النووي الريبي (${\displaystyle R}$)، والحمض النووي الوظيفي المتضاعف (his${\displaystyle \beta }$(الرسم التخطيطي).

بل إنه ذهب أبعد من ذلك في هذا الاتجاه، زاعمًا أنه عند دراسة نظام معقد ، يمكن للمرء "تجاهل المادة ودراسة التنظيم" لمعرفة الأمور الأساسية لتحديد فئة كاملة من الأنظمة بشكل عام. إلا أن هذا الأمر فُسِّر حرفيًا من قِبَل بعض طلابه السابقين الذين لم يستوعبوا تمامًا دعوة روبرت روزن إلى ضرورة وجود نظرية للتحقيقات الديناميكية لهذه المكونات المجردة في شكل جزيئي محدد، وذلك لإغلاق حلقة النمذجة لأبسط الكائنات الحية الوظيفية (مثل الطحالب وحيدة الخلية أو الكائنات الدقيقة ). ^{[ 13 ]} وقد دعم هذا الادعاء (الذي نسبه في الواقع إلى نيكولاس راشيفسكي ) استنادًا إلى حقيقة أن الكائنات الحية هي فئة من الأنظمة ذات نطاق واسع للغاية من "المكونات" المادية، وهياكل مختلفة، وموائل مختلفة، وأنماط معيشية وتكاثرية مختلفة ، ومع ذلك فنحن قادرون بطريقة ما على التعرف عليها جميعًا ككائنات حية أو وظيفية، دون أن نكون من أنصار نظرية الحيوية .

يركز نهجه، تمامًا كما تفعل أحدث نظريات راشيفسكي حول المجموعات العضوية، ^{[ 14 ] [ 15 ]} على التنظيم البيولوجي بدلًا من البنية الجزيئية ، في محاولة لتجاوز علاقات البنية والوظيفة التي تُعدّ مهمة لجميع علماء الأحياء التجريبيين، بمن فيهم علماء وظائف الأعضاء . في المقابل، فإن دراسة التفاصيل المادية المحددة لأي كائن حي، أو حتى لنوع معين من الكائنات الحية، لن تُخبرنا إلا عن كيفية قيام هذا النوع من الكائنات الحية بوظائفه. لا تتناول هذه الدراسة ما هو مشترك بين جميع الكائنات الحية الوظيفية، أي "الحياة". ولذلك، فإن المناهج العلائقية في علم الأحياء النظري ستُمكّننا من دراسة الكائنات الحية بطرق تحافظ على تلك الصفات الأساسية التي نسعى إلى فهمها، والتي تشترك فيها الكائنات الحية الوظيفية فقط .

ينتمي نهج روبرت روزن من الناحية المفاهيمية إلى ما يُعرف الآن باسم علم الأحياء الوظيفي ، وكذلك علم الأحياء للأنظمة المعقدة ، وإن كان ذلك في شكل رياضي مجرد للغاية.

شكك روزن أيضًا في العديد من جوانب التفسيرات السائدة للكيمياء الحيوية وعلم الوراثة ، معترضًا على فكرة إمكانية دراسة الجوانب الوظيفية في الأنظمة البيولوجية من خلال التركيز على المادة. فعلى سبيل المثال، يشكك روزن في إمكانية دراسة القدرة الوظيفية لبروتين نشط بيولوجيًا باستخدام التسلسل الجيني للأحماض الأمينية فقط . ويعود ذلك، كما يقول، إلى أن البروتين يجب أن يخضع لعملية طي ليكتسب شكله ثلاثي الأبعاد المميز قبل أن يصبح نشطًا وظيفيًا في النظام. ومع ذلك، فإن تسلسل الأحماض الأمينية هو التسلسل الجيني الوحيد، وآليات طي البروتينات غير معروفة تمامًا. وخلص، بناءً على أمثلة كهذه، إلى أنه لا يمكن دائمًا عزو النمط الظاهري مباشرةً إلى النمط الجيني ، وأن الجانب النشط كيميائيًا لبروتين نشط بيولوجيًا يعتمد على أكثر من مجرد تسلسل الأحماض الأمينية الذي بُني منه؛ فلا بد من وجود عوامل أخرى مهمة، لم يحاول روزن تحديدها أو حصرها.

أُثيرت بعض التساؤلات حول حجج روزن الرياضية في ورقة بحثية من تأليف كريستوفر لانداور وكيرستي إل. بيلمان ^{[ 16 ]} ، حيث ادّعى الباحثان أن بعض الصيغ الرياضية التي استخدمها روزن تُثير إشكاليات من وجهة نظر منطقية. ومع ذلك، يجدر بالذكر أن برتراند راسل وألفريد نورث وايتهيد قد أثارا هذه الإشكاليات منذ زمن بعيد في كتابهما الشهير "مبادئ الرياضيات" (Principia Mathematica) فيما يتعلق بتناقضات نظرية المجموعات . وبما أن صياغة روزن الرياضية في أبحاثه السابقة كانت تستند أيضًا إلى نظرية المجموعات وفئة المجموعات ، فقد عادت هذه الإشكاليات إلى الظهور بشكل طبيعي. إلا أن روبرت روزن قد تناول هذه الإشكاليات في كتابه الأخير " مقالات عن الحياة نفسها" (Essays on Life Itself )، الذي نُشر بعد وفاته عام 2000. علاوة على ذلك، فإن هذه المشكلات الأساسية المتعلقة بالصياغات الرياضية لـ${\displaystyle (M{,}R)}$تم حل مشكلة الأنظمة من قبل مؤلفين آخرين في وقت مبكر من عام 1973 باستخدام مبرهنة يونيدا في نظرية الفئات ، والبناء الوظيفي المرتبط بها في الفئات ذات البنية (الرياضية). ^{[ 17 ] [ 18 ]} هذه التوسعات العامة لنظرية الفئات لـ${\displaystyle (M{,}R)}$تعتمد الأنظمة التي تتجنب مفارقات نظرية المجموعات على منهج ويليام لوفير التصنيفي وامتداداته إلى الجبر متعدد الأبعاد . ويشمل ذلك الامتداد الرياضي والمنطقي لأنظمة التكاثر الأيضي إلى أنظمة معممة.${\displaystyle (M{,}R)}$كما تضمنت أنظمة - أو G-MR سلسلة من الرسائل المتبادلة بين روبرت روزن والمؤلفين الأخيرين خلال الفترة من 1967 إلى 1980، بالإضافة إلى الرسائل المتبادلة مع نيكولاس راشيفسكي حتى عام 1972.

أصبحت أفكار روزن مقبولة بشكل متزايد في علم الأحياء النظري، وهناك العديد من المناقشات الحالية حولها. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} إحدى نتائجه الرئيسية، كما هو موضح في كتابه "الحياة نفسها " (1991)، كانت الاستنتاج غير المتوقع بأن أنظمة ( M ، R ) لا يمكن محاكاتها بواسطة آلات تورينج .

ناقش إرفين شرودنغر قضايا علم الوراثة الكمومية في كتابه الشهير الصادر عام 1945 بعنوان " ما هي الحياة؟". وقد ناقش روزن هذه القضايا بشكل نقدي في كتابه "الحياة نفسها" وفي كتابه اللاحق " مقالات عن الحياة نفسها" . ^{[ 23 ]}