מה הופך עצם דומם לחי? חוקרים מאמינים שהתשובה טמונה ביכולת לעבד מידע

מה הם החיים? רובנו חושבים שאנחנו יודעים לזהות אותם, כשאנחנו רואים אותם. אך אפילו עכשיו, ממשיכים אנשי מדע לנסות ולהרחיב את המעטפת ההגדרתית של המושג. לשם כך, מאתגרים כעת האסטרו-ביולוגית והפיזיקאית שרה ווקר מאוניברסיטת אריזונה סטייט ועמיתיה את ההגדרות היותר קונבנציונאליות של חיים כ"יכולת שכפול דרוויניאנית".

הם מנסים לקחת את ההגדרה של חיים בספרי הלימוד – מערכת כימית שמקיימת את עצמה ומסוגלת לאבולוציה דרוויניאנית, ולהרחיב אותה לתחום של חקר המידע: חיים הם היכולת לקיים מערך היררכי של אינפורמציה שעוברת עיבוד. ווקר ועמיתיה טוענים שמערכות חיות ומערכות לא חיות נבדלות בעיקר בשל השוני המהותי באופן בו אינפורמציה מעובדת ומועברת במערכת הביולוגית.

מה מבדיל בין מערכת חייה לדוממת? | צילום: shutterstock

עד כה, ביופיזיקאים עסקו באקסיומה לפיה מערכות כימיות נוטות להפוך למורכבות יותר עם הזמן, וככל שמורכבותן עולה, כך עולה הסיכוי שייווצר בהן ניצוץ הקסם שמכונה חיים. "אבל אני בוחרת בהגדרה יותר חישובית לחיים", אומרת ווקר. "אני באמת מגדירה מערכות חיות לפי יכולותיהן לעבד מידע על הסביבה שלהן".

במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Information, מפרטת ווקר את המחקרים האחרונים שלה על הקשר בין תיאוריות מידע ושאלות העוסקות במקור החיים. אחת ההנחות של ווקר ועמיתיה היא שמורכבות כימית לבדה אינה מספיקה לתחילתם של חיים. "עבור חוקרים רבים, המורכבות הכימית היא זו שבאמת מגדירה חיים", אומרת ווקר. "אבל אנחנו חושבים שסידור היררכי של מידע והצורה בה הוא עובר בין רמות שונות במערכת, הוא שמגדיר את התכונה של מורכבות ביולוגית".

ווקר ועמיתיה חוקרים כיצד האספקטים האלה של תיאוריות מידע עוזרים להגיע לנקודת מפנה, בה "התוכנה" הביולוגית מקבלת שליטה על ה"חומרה". "לרוב המערכות הכימיות אין תוכנית או "תוכנה" הקשורה אליהם", אומרת ווקר. אני מנסה להבין איך התוכנות האלה מופיעות באופן ספונטני בטבע ואיך בסופו של דבר הן מפעילות מערכות".

מורכבות כימית אינה מספיקה על מנת ליצור חיים | צילום: shutterstock

שינוי הגישה הזה, יהווה גם דרך חדשה להגדיר חתימה ביולוגית, כאשר אנו מחפשים סימני חיים בכוכבים אחרים. "כרגע מה שאסטרו-ביולוגים עושים הוא לחפש אחר מולקולות אורגניות כמו חומצות אמינו". אך יש מאות כאלה ואיננו יודעים כיצד מורכבים חיים השונים מאיתנו. במהלך 100 השנים האחרונות בוצע מחקר רב על איך לסנתז את אבני הבניין הכימיות של החיים, אך היום אנחנו יודעים שביולוגיה יכולה לתפקד באמצעות כימיה שונה. "אנחנו משתמשים ב-DNA כחומר הגנטי שלנו, אבל חוקרים מתחילים להראות שהביולוגיה יכולה לתפקד טוב גם עם פולימרים אחרים כפלטפורמה כימית לחיים".

לעומת זאת, אנחנו יכולים להשתמש בהבנה שלנו על סידור מערכות ביולוגיות, על מנת להתבונן על מידע שאנשים מייצרים ולזהות דפוסים. התקווה היא לגלות מבנים בסיסיים של מערכות חיים כך שנוכל להגדיר אותן ללא קשר לבסיס הכימי שלהן.

אין לנו באמת חתימה ביולוגית טובה כרגע. הניסיון להבין כיצד מערכות ביולוגיות מעבירות ומעבדות אינפורמציה, אולי יאפשר לשרטט אחת כזו. העובדה שמערכות ביולוגיות מאכסנות אינפורמציה בתוך "פולימר דיגיטלי" (כמו (DNA, היא משמעותית מאוד. זו דרך איתנה ומהימנה לשמור מידע. מאפיין חשוב נוסף הוא יצירת "ההיגיון הביולוגי" בתוך שרשת התגובות הכימיות. שני אלה הם אלמנטים מרכזיים ביצירת חיים.

בנוגע לשאלות האם יש חיים בכוכב אחר, או מדוע בכלל יש חיים, ווקר ועמיתיה מאמינים שבסופו של דבר ימצאו את התשובות. "תפקידה של אינפורמציה במערכות פיזיות יכולה להיות הדרך להבין חיים וקיום אנושי במונחים של פיזיקה. כך שאנחנו מקווים לתשובה מספקת יותר לשאלה מדוע אנחנו כאן. אם תהיה לנו הבנה טובה יותר של מהם החיים, אז נוכל להבין גם טוב יותר מדוע הם קיימים".