“Η σύνδεση της μηχανικής του χάους με τη βιολογία του ανθρώπου, ίσως να αποτελέσει τη φιλοσοφική λίθο ή και το μαγικό κλειδί για την πρόβλεψη πολύπλοκων βιολογικών φαινομένων!”.
Κανείς δεν αμφιβάλει, πως, τα βιολογικά συστήματα και η κατανόησή τους αποτελούν ακόμα και στις μέρες μας, ίσως τη μεγαλύτερη πρόκληση. Μελέτες που διεξήχθησαν τόσο στο παρελθόν όσο και πρόσφατα, έχουν καταδείξει ξεκάθαρα, πως τα βιολογικά συστήματα λειτουργούν βάσει μιας εξαιρετικά πολύπλοκης δυναμικής και ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός είναι ένα φαινόμενο που ακολουθεί αποδεδειγμένα, χαοτικές κατευθύνσεις και τροχιές.
Μια τέτοιου είδους μελέτη συνδέει τις θεωρίες της Μηχανικής του χάους με τα βιολογικά συστήματα και ειδικότερα, με τις θεωρίες της καρκινικής οντογένεσης και της καρκινογένεσης.
Είναι σίγουρο, πως αν υπήρχε ένας τρόπος… μια επιστημονική μέθοδος να περιγραφεί ένα σύστημα, και ειδικότερα ένα βιολογικό σύστημα, με μια σειρά μαθηματικών εξισώσεων, θα είμασταν πιο έτοιμοι να περιγράψουμε την πορεία βιολογικών φαινομένων, όπως την “μετάλλαξη” και την “εξαλλαγή” φυσιολογικών κυττάρων προς την καρκινογένεση, τη φλεγμονώδη αντίδραση ενός ιστού μετά από ένα ερέθισμα, καθώς και πολλά άλλα βιολογικά φαινόμενα. Είναι προφανές πως οι βιολόγοι ακόμα δεν είμαστε έτοιμοι να περιγράψουμε τέτοιου είδους βιολογικά φαινόμενα και μάλιστα ακόμη ούτε καν με κάποια σχετική προσεγγιστική ασφάλεια. Αυτό θα αποτελέσει και το αντικείμενο αυτού του άρθρου. Θα γίνει μια προσπάθεια να περιγραφεί το κλειδί για τη βαθύτερη κατανόηση των πολύπλοκων βιολογικών φαινομένων που συναντάμε στη ζωή.
Ένα από τα πλέον περίπλοκα φαινόμενα και προκλήσεις της σημερινής βιολογικής έρευνας είναι η βιολογία του καρκίνου. Παρά το περίπλοκο του συγκεκριμένου θέματος, και επιθυμώντας να διατηρηθεί το άρθρο σε όσο απλούστερη μορφή είναι δυνατό, δεν θα χρησιμοποιηθούν μαθηματικοί όροι, οι οποίοι και δεν είναι τόσο απαραίτητοι για την κατανόηση του περιεχομένου αυτού του άρθρου από τους φίλους αναγνώστες. Ως εκ τούτου, σκοπός του συγκεκριμένου άρθρου είναι η αναφορά στη Μηχανική του χάους, για την κατανόηση πολύπλοκων βιολογικών συστημάτων…
Τι σημαίνει άραγε, να είμαστε ζωντανοί; Ποιες είναι οι θεμελιώδεις ιδιότητες που χαρακτηρίζουν τα έμβια όντα και τα διακρίνουν από την απλή άβια ύλη, πάνω και εντός της οποίας ζουν οι ζωντανοί οργανισμοί;
Όλα τα έμβια όντα αποτελούνται από κύτταρα, τα οποία είναι μικρές μονάδες, που περιβάλλονται από διπλές ημιδιαπερατές κυτταρικές μεμβράνες, ενώ στο εσωτερικό τους περιέχουν ένα υδατικό διάλυμα χημικών ουσιών υψηλής πυκνότητας μέσα στο οποίο κολυμπούν διάφορα οργανίδια και ο πυρήνας του κυττάρου… Διαθέτουν δε τη γνωστή ικανότητα να πολλαπλασιάζονται μέσω διαίρεσης, δημιουργώντας έτσι, δικά τους πιστά αντίγραφα. Οι απλούστερες μορφές ζωής είναι τα κύτταρα, και όχι μόνο τα ευκαρυωτικά. Ένα όμως βασικό χαρακτηριστικό των έμβιων όντων είναι ότι ανταλλάσσουν ενέργεια και μάζα με το περιβάλλον τους, αλλά, ακόμα πιο σημαντικό είναι, πως ανταλλάσσουν και σημαντική πληροφόρηση μεταξύ τους.
Τα καρκινικά κύτταρα με μεγάλη πιθανότητα πορεύονται ενάντια στους νόμους της ζωής, ενάντια τουλάχιστον σε αυτά που έχουμε μάθει να χαρακτηρίζουμε ορθά! Ένα φυσιολογικό ανθρώπινο κύτταρο δημιουργείται, γερνάει και στο τέλος της ζωής του πεθαίνει. Ένα καρκινικό κύτταρο από την άλλη ακολουθεί μια εντελώς διαφορετική πορεία: γεννιέται, μετασχηματίζεται και στη συνέχεια… γίνεται αθάνατο.
Αν τώρα δούμε το φαινόμενο αυτό από την πλευρά της θεωρίας των βιολογικών συστημάτων, τότε θα μπορούσε να θεωρηθεί, πως ένα οποιοδήποτε καρκινικό κύτταρο ακολουθεί μια μη λογική… μια καθαρά λανθασμένη – μια στρεβλή δηλαδή πορεία και ως εκ τούτου η δική του πορεία δεν συμβαδίζει με τους κανόνες της ζωής που γνωρίζουμε, τουλάχιστον μέχρι σήμερα. Όμως κάποια στιγμή, δεν θα έπρεπε να αναρωτηθούμε τί τελικά είναι στρεβλό και τί φυσιολογικό; Πώς μπορούμε να είμαστε βέβαιοι ότι η καρκινογένεση δεν αποτελεί μια άλλη… μια εντελώς διαφορετική εξέλιξη των κυττάρων, την οποία εμείς ακόμα δεν μπορούμε να κατανοήσουμε, αφού αδυνατούμε να την αποκρυπτογραφήσουμε;
Αν υποθέσουμε λοιπόν πως υπάρχουν ορισμένοι γενικοί κανόνες που αφορούν στη ζωή, είναι ευνόητο, πως όλοι οι ζώντες οργανισμοί ακολουθούν τους συγκεκριμένους κανόνες ή νόμους της ζωής. Εξ’ αυτού πηγάζει και το γεγονός, ότι τα καρκινικά κύτταρα λειτουργούν και πορεύονται εκτός αυτών των φυσικών νόμων που διέπουν τη ζωή.
Εδώ τίθεται όμως ένα νέο αλλά βασικό ερώτημα: μήπως ακόμη και τα καρκινικά κύτταρα που κινούνται… “εκτός νόμων” είναι εντός κάποιων πλαισίων των νόμων της ζωής; Το μόνο σίγουρο είναι, πως σίγουρα υπάρχουν κάποιοι θεμελιώδεις κανόνες-νόμοι της φύσης και οι οποίοι ισχύουν σε όλες τις περιπτώσεις και όλοι οι ζώντες οργανισμοί τους ακολουθούν, χωρίς να μπορούν να παρεκκλίνουν!
Τέτοιου είδους παραδείγματα είναι η αρχή διατήρησης της ενέργειας και οι νόμοι της θερμοδυναμικής, που εκπορεύονται από την “αρχή διατήρησης της ενέργειας”. Παραφράζοντας την ρήση του Schrödinger, τότε “…είναι βέβαιο πως τα κουτάβια της τίγρης θα έχουν τρίχωμα με γραμμώσεις, αλλά το ποιο θα είναι το γενικό προφίλ τους… αυτό ανήκει ολόκληρο στη θεωρία των πιθανοτήτων.
Τι σχέση μπορεί να έχει ο απόκοσμος για τον κοινό άνθρωπο κόσμος των κβάντων, με τον αόρατο μικρόκοσμο της έμβιας ύλης; Πώς μπορεί και τιθασεύει η ζωή τις δυνάμεις του κβαντικού χάους, καθώς γεννιέται και πεθαίνει στην κόψη του συμβατικού-κλασικού και του κβαντικού κόσμου;
Τα τελευταία χρόνια, πολλοί μοριακοί-κβαντικοί βιολόγοι αναζητούν την σχέση του παράξενου αυτού κβαντικού κόσμου με τις διεργασίες στα ένζυμα, της φωτοσύνθεσης, με τα γονίδια και τη δομή του DNA και προσεγγίζουν την κβαντική θεωρία των αισθήσεων -π.χ. της γεύσης και της όσφρησης. Είναι σχεδόν σίγουρο πως ένα τουλάχιστον από τα πλέον άγνωστα κομμάτια του πολύπλοκου παζλ της ζωής βρίσκεται στον κόσμο της Κβαντομηχανικής, εκεί που τα πράγματα μπορούν να βρίσκονται ταυτοχρόνως σε δύο διαφορετικές θέσεις, κάτι που είναι γνωστό ως “κβαντική υπέρθεση”, να αλληλεπιδρούν με απόκοσμες συνδέσεις την “κβαντική διεμπλοκή” και να διαπερνούν φαινομενικά αδιαπέραστους φραγμούς, γνωστό ως “κβαντικό φαινόμενο σήραγγας”, όπως για παράδειγμα, ο πυρήνας υδρογόνου στο εσωτερικό γιγαντιαίων φωτεινών αστέρων όπως ο δικός μας ήλιος.
Η ζωή φαίνεται να ακροβατεί με το ένα της πόδι στον κλασικό κόσμο των καθημερινών αντικειμένων και το άλλο ριζωμένο στο εξώκοσμο χάος του κβαντικού κόσμου. Η ζωή δηλαδή, ζει κάπου κοντά στα ακριτικά “κβαντικά όρια”
Εκτός όμως όλων αυτών των προαναφερθέντων, εξαιρετικά ενδιαφέρον παρουσιάζει επίσης η δυναμική σχέση της θερμοδυναμικής με τον κυτταρικό πολλαπλασιασμό και κατά συνέπεια με τη γνωστή πολλαπλασιαστική δυναμική της ζωής στον πλανήτη μας.
Όπως είναι γνωστό, τα βιολογικά συστήματα ανταγωνίζονται μεταξύ τους ως προς τους πόρους, ειδικά τους ενεργειακούς. Επίσης είναι γνωστό ότι τα βιολογικά συστήματα είναι ανοικτά, δηλαδή ανταλλάσσουν τόσο ενέργεια, όσο και μάζα με το περιβάλλον γύρω τους, αλλά είναι δεδομένο πως λειτουργούν εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας.
Ας το θέσουμε λίγο πιο απλά: τα κύτταρα των ευκαρυωτικών οργανισμών λειτουργούν σε μια θερμοκρασία υψηλότερη του περιβάλλοντος, αλλά πολλές φορές και πολύ χαμηλότερη σε σχέση με την θερμοκρασία που ισχύει σε αυτό. Και στις δύο αυτές συγκεκριμένες περιπτώσεις υπάρχει ο τρόπος τα κύτταρα να διατηρούν σταθερή τη θερμοκρασία του σώματος και να μην εξισορροπούνται με το περιβάλλον. Αυτό είναι ένα χαρακτηριστικό παράδειγμα λειτουργίας βιολογικών συστημάτων εκτός θερμοδυναμικής ισορροπίας.
Ένα άλλο παράδειγμα είναι η λειτουργία των ενζύμων τα οποία ως καταλύτες επιταχύνουν βιοχημικές αντιδράσεις, που σε άλλη περίπτωση δεν θα μπορούσαν ούτε καν να συμβούν. Άρα, τα βιολογικά συστήματα φαίνεται πως διαθέτουν τρεις ιδιότητες στη φαρέτρα λειτουργίας τους: από τη μια μπορούν να ανταλλάσσουν ενέργεια και μάζα με το περιβάλλον τους, ενώ από την άλλη ανταγωνίζονται για αυτά και ως εκ τούτου πολλαπλασιάζονται, όχι ατάκτως αλλά με απόλυτο συντονισμό μεταξύ τους…
Συνοψίζοντας, αναγκαστικά θα επαναλάβουμε κάποια στοιχεία: τα καρκινικά κύτταρα όπως φαίνεται από τις έως σήμερα επιστημονικές μελέτες και έρευνες και όπως ήδη προαναφέρθηκε, λειτουργούν και πορεύονται εκτός και πολλές φορές ενάντια στους νόμους που διέπουν τη ζωή όπως την γνωρίζουμε με τις περιορισμένες μας γνώσεις. Το φυσιολογικό κύτταρο γεννιέται, γερνάει και στο τέλος απλά πεθαίνει. Το καρκινικό από την άλλη ακολουθεί μια εντελώς διαφορετική πορεία και φθάνει στην αθανασία με το που ολοκληρώνεται ο μετασχηματισμός του. Αν λοιπόν προσεγγίσουμε το φαινόμενο αυτό από την πλευρά της θεωρίας των συστημάτων, τότε μπορούμε να πούμε, πως το καρκινικό κύτταρο ακολουθεί μια παράξενα στρεβλή πορεία που τελικά αντιβαίνει τους κανόνες και τους νόμους της ζωής. -τουλάχιστον αυτούς που μέχρι σήμερα γνωρίζουμε.
Τι όμως σημαίνει στρεβλή και τι φυσιολογική πορεία; Πώς μπορούμε να ισχυριστούμε με βεβαιότητα, πως η καρκινογένεση δεν αποτελεί μια άλλη εξέλιξη των ανθρωπίνων κυττάρων; Αν υποθέσουμε ότι υπάρχουν ορισμένοι γενικοί κανόνες που αφορούν στη ζωή, όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί ακολουθούν τους συγκεκριμένους νόμους, ενώ γίνεται φανερό, πως τα καρκινικά κύτταρα κινούνται εκτός αυτών των πλαισίων και των νόμων που διέπουν τη ζωή. Μήπως όμως και τα καρκινικά κύτταρα που κινούνται κατά κάποιον περίεργο λόγο “εκτός φυσικών νόμων” είναι παρ’ όλα αυτά, εντός των πλαισίων των νόμων της ζωής; Σε κάθε περίπτωση, ένα είναι βέβαιο: υπάρχουν ορισμένοι θεμελιώδεις νόμοι της φύσης που ισχύουν σε όλες τις περιπτώσεις και όλοι οι ζώντες οργανισμοί τους ακολουθούν, χωρίς να έχουν τη δυνατότητα να παρεκκλίνουν.
Για να είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε την έκβαση ενός χαοτικού και σίγουρα μη γραμμικού φαινομένου, πρέπει να γνωρίζουμε με απειροστική λεπτομέρεια τις συνθήκες που ισχύουν σε αυτό.
Πως όμως θα μπορούσαμε να ανακαλύψουμε τις αρχικές συνθήκες αφού γνωρίζουμε τις τελικές που ισχύουν;
Έχει αναφερθεί σε πρόσφατες επιστημονικές μελέτες, πως τα βιολογικά συστήματα παρουσιάζουν μια πολύπλοκη δυναμική, που πολλές φορές γίνεται παράξενη και ακατανόητη. Έχει αποδειχθεί ότι ο κυτταρικός πολλαπλασιασμός ακολουθούσε χαοτικές τροχιές και κατευθύνσεις. Έχει επίσης, αποδειχθεί πως υπάρχουν σημαντικές ενδείξεις, πως τα κύτταρα της λευχαιμίας εμφανίζουν μια άκρως χαοτική συμπεριφορά κατά τον πολλαπλασιασμό τους. Η πιθανή πληροφορία που είμαστε σε θέση να πάρουμε μελετώντας τις χρονοσειρές του κυτταρικού πολλαπλασιασμού μη γραμμικών βιολογικών συστημάτων, μπορεί να συμβάλει ώστε να εξαχθούν σημαντικά επιπλέον συμπεράσματα.
Ο μετασχηματισμός των απεριοδικών χρονοσειρών στο πεδίο του χώρου και των φάσεων με τις εντελώς ακανόνιστες κυκλικές τροχιές, οι διάφοροι δείκτες συνιστούν μεθόδους επιβεβαίωσης της φυσιολογικής-ντετερμινιστικής ή της μη-χαοτικής συμπεριφοράς των δυναμικών αυτών βιολογικών συστημάτων.
Όπως φαίνεται, μπορούμε να ελπίζουμε ότι τέτοιες προσεγγίσεις ενδέχεται να βοηθήσουν κάποια στιγμή στο κοντινό μέλλον, στην κατανόηση του μηχανισμού του κυτταρικού πολλαπλασιασμού και ειδικότερα του κυτταρικού πολλαπλασιασμού των καρκινικών κυττάρων και ως εκ τούτου στη σημαντική αύξηση του προσδοκίμου ζωής στους ανθρώπους και ίσως πλησιάσουμε μια κάποια… σχετική αθανασία… αν και σίγουρα θα υπάρξουν τότε πολλά προβλήματα, ειδικά όταν ο εγγονός παλεύει για μια θέση εργασίας έχοντας ως ανταγωνιστή… τον παππού του και πολλά άλλα ακόμα πιο δύσκολα στην αντιμετώπισή τους…
