การจัดระเบียบตนเองในระบบชีวภาพ
สกอตต์ Camazine,ฌอง-หลุยส์ เดนูบูร์ก,ไนเจล อาร์. แฟรงค์สเจมส์ สนีย์กาย Theraulaz &Eric Bonabeau
สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน: 2001 535 หน้า $65, £43
ชาย20รับ100ชราคนหนึ่งนั่งอยู่ข้างกองหิน แกะสลักเป็นก้อน คนเดินผ่านไปมาถามเขาว่ากำลังทำอะไรอยู่ “ไม่เห็นเหรอ” ชายชรากล่าว “ฉันกำลังสร้างมหาวิหาร” ปลวกที่สร้างเนินจะแบกลูกโคลนตอบอะไร? คุณรู้หรือไม่ว่ากำลังมีส่วนร่วมในการก่อสร้างโครงสร้างอันน่าทึ่งที่สุดแห่งหนึ่งของธรรมชาติ? ผู้เขียนSelf-Organization in Biological Systemsเชื่อว่าปลวกในอาณานิคมไม่มีความคิดที่จะเข้าร่วมงานกลุ่ม พวกเขากล่าวว่าเนินดินเกิดขึ้นจากกระบวนการจัดระเบียบตนเองซึ่งถูกกำหนดให้เป็น “คุณสมบัติของกลไกแบบไดนามิกบางอย่างโดยที่โครงสร้างรูปแบบและการตัดสินใจปรากฏขึ้นที่ระดับสากล (อาณานิคม) ของระบบโดยอิงจากการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างระดับล่าง ส่วนประกอบ (ตัวแทน บุคคล)” พวกเขาสนับสนุนมุมมองที่ว่ากระบวนการดำเนินการบนพื้นฐานของข้อมูลในท้องถิ่นล้วนๆ โดยไม่ต้องอ้างอิงถึงระดับโลก
ในส่วนแรกของหนังสือ ผู้เขียนจะบรรยายถึงการจัดระเบียบตนเองและกำหนดแนวคิดที่เกี่ยวข้อง เช่น รูปแบบ ความซับซ้อน และการเกิดขึ้น พวกเขาอธิบายว่าการจัดการตนเองทำงานอย่างไร โดยเน้นที่บทบาทของการตอบรับเชิงบวกและเชิงลบ การขยายความผันผวน ข้อมูลในท้องถิ่น และการถ่ายโอนข้อมูลระหว่างบุคคล ระบบการจัดระเบียบตนเองมีลักษณะเฉพาะ แนวทางการสร้างแบบจำลองที่กล่าวถึง และกลไกทางเลือกที่นำเสนอ
ต่อไป ผู้เขียนตั้งเป้าหมายหลักของพวกเขา: “เพื่อแสดงให้เห็นตัวอย่างที่หลากหลาย ความเชื่อมโยงระหว่างโปรแกรมพฤติกรรมที่ค่อนข้างง่ายของบุคคลในกลุ่มกับโครงสร้างและรูปแบบที่ซับซ้อนที่เกิดขึ้นจากกิจกรรมส่วนรวมของพวกเขา” ด้วยพลังการคำนวณในปัจจุบัน จึงเป็นเรื่องธรรมดาที่จะใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อศึกษาการจัดการตนเอง ในทางฟิสิกส์และเคมี แบบจำลองเป็นเครื่องมือวิจัยที่ขาดไม่ได้มาช้านาน แต่ในวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต พวกเขามีบทบาทที่แตกต่างกัน และนักชีววิทยาหลายคนยังคงตั้งคำถามถึงคุณค่าและพลังการทำนายของแบบจำลอง หนังสือเล่มนี้ควรมีส่วนช่วยในการรับรู้ถึงประโยชน์ของการสร้างแบบจำลองในการศึกษาความซับซ้อนทางชีวภาพ
แต่การจำลองเพียงอย่างเดียว
โดยไม่มีการวิเคราะห์ยังไม่เพียงพอ บุคคลหนึ่งสามารถตกอยู่ใน ‘กับดักแห่งความทรงจำ’ ได้อย่างง่ายดาย ซึ่ง JD Cowan อธิบายโดยง่ายว่าเป็นแนวโน้มที่จะคิดกฎเกณฑ์หนึ่งชุดที่จะเลียนแบบแง่มุมต่างๆ ของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้เท่านั้น แต่สิ่งนี้สามารถป้องกันได้หากเราเข้าใจกลไกพื้นฐานของหัวใจ จากนั้น โมเดลสามารถทำหน้าที่คาดการณ์ได้อย่างน่าเชื่อถือ ไม่ใช่แค่การจำลองพฤติกรรมที่มีอยู่เท่านั้น ความปรารถนาที่จะบรรลุสิ่งนี้โดยธรรมชาติผลักดันให้มีรายละเอียดทางชีววิทยามากขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังต้องหลีกเลี่ยงสุดขั้วอีกด้าน นั่นคือ ‘กับดักที่เหมือนจริง’ ซึ่งโมเดลเต็มไปด้วยรายละเอียดมากเกินไป (และโดยปกติ ไม่ทราบพารามิเตอร์) และด้วยเหตุนี้จึงสูญเสียพลังการทำนายทั้งหมด การสร้างแบบจำลองนั้นแท้จริงแล้วเป็น “ศิลปะในสิทธิของตนเอง” (ทักษะสามารถได้มาจากการฝึกฝนเท่านั้น)
การมีส่วนร่วมแบบกลุ่ม: มดงานรวมใบไม้ (บน) และการจัดกลุ่มเป็นเกลียวของหัวเดซี่
มีการนำเสนอตัวอย่างที่น่าสนใจมากมายของการจัดระเบียบตนเองทางชีวภาพ ตั้งแต่รูปแบบที่ซับซ้อนของอาณานิคมของแบคทีเรียไปจนถึงปลวกที่สร้างจากดินและแมลงในสังคมอื่นๆ ไปจนถึงฝูงปลา ในแต่ละกรณีศึกษา จะแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงจากการสังเกตไปสู่การสร้างแบบจำลอง พร้อมด้วยการวิเคราะห์แบบจำลอง การจำลองและการเปรียบเทียบกับปรากฏการณ์ที่สังเกตได้ ซึ่งผู้เขียนนำผู้อ่านไปทีละขั้นตอนผ่านการสร้างแบบจำลอง
แม้ว่าปฏิสัมพันธ์ในท้องถิ่นจะมีความสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย ฉันไม่เห็นด้วยกับผู้เขียนว่าพวกเขาเพียงพอที่จะอธิบายการจัดองค์กรทางชีวภาพ ตัวอย่างเช่น แม้แต่จุลินทรีย์ธรรมดาก็สามารถรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสถานะโลกของอาณานิคมได้ เป็นที่ทราบกันดีว่าแบคทีเรียพูดคุยกันผ่านสัญญาณเคมีที่แพร่กระจายไปทั่วอาณานิคม ทำให้แบคทีเรียแต่ละตัวมีข้อมูลระดับโลก ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียบางสายพันธุ์รวมตัวกันเมื่ออดอาหาร แต่แบคทีเรียแต่ละชนิดทำเช่นนั้นหลังจากออกอากาศความอดอยากและได้รับการสะท้อน – ในรูปแบบของข้อความทางเคมี – ที่อาณานิคมทั้งหมดพร้อมที่จะสร้างสปอร์
เมื่อศึกษาการจัดระบบตนเองและการสร้างรูปแบบในระบบไม่มีชีวิต คำถามที่ถามส่วนใหญ่จะมีลักษณะเป็นกลไก แต่ระบบสิ่งมีชีวิตทำให้เกิดคำถามอีกข้อหนึ่งที่ท้าทายกว่านั้นมาก นั่นคือที่มา ผู้เขียนเชื่อว่าหลักฐานที่พวกเขาได้รวบรวมไว้ในหนังสือเล่มนี้ยืนยันสิ่งที่ได้รับคำตอบอัตโนมัติสำหรับคำถามนี้มานาน – ว่า “ความซับซ้อนส่วนใหญ่ของโครงสร้างที่จัดตัวเองที่เห็นในชีววิทยาเกิดขึ้นเนื่องจากกฎที่ควบคุมปฏิสัมพันธ์ระหว่างส่วนประกอบของระบบทางชีววิทยา ได้พัฒนามาจากการคัดเลือกโดยธรรมชาติ” พวกเขาหยิบยกประเด็นนี้ขึ้นมาตลอดทั้งเล่ม แต่ฉันไม่เชื่อ เพราะบนพื้นฐานของข้อมูลเดียวกันนี้ เราอาจได้ข้อสรุปที่ตรงกันข้ามเช่นกัน – การจัดระบบตนเองและการคัดเลือกโดยธรรมชาติเป็นกลไกทางเลือกสองทางวิวัฒนาการ ผู้เขียนกล่าวถึงว่านักชีววิทยาบางคนเชื่อว่าข้อแรกเป็นทางเลือกแทนข้อที่สอง ซึ่งพวกเขาเรียกอีกอย่างว่า “ความเข้าใจผิด” ได้อย่างเข้าใจ แต่เมื่อข้อเท็จจริงชุดเดียวกันสามารถนำไปสู่ข้อสรุปที่ตรงกันข้ามสองข้อ เหตุผลก็อาจเป็นเพราะไม่ใช่ข้อสรุปจริงๆ นอกเหนือจากข้อสงวนนี้ หนังสือจะเปิดเผยเนื้อหาในลักษณะที่น่าสนใจและเป็นประโยชน์อย่างมาก เนื้อหาเกี่ยวกับกลไกที่เกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบตนเองทางชีวภาพ20รับ100
