Haber Merkezi / TIMETURK
Bilim adamları için fizik ve biyoloji iki ayrı dünya gibidir. ?Nasıl? sorusunun cevabının veriliş yöntemleri ve sistematiğiyle uğraşan fizik ve biyolojinin konseptleri ve dili birbirinden çok farklıdır. Biyologlar ve fizikçiler dünyayı sadece canlı ya da cansız ayrımının ötesinde de farklı görme eğilimindedir.
Ancak bu iki bilimin kalbinde de hareket yatar. Biyolojik bir ekosistem doğal seleksiyon yoluyla evrimleştiğinde, enerji yitirir, entropisi artar ve çevresiyle dengeli bir duruma doğru hareket eder. Enerjinin devindiği çeşitli fiziksel fenomenlerdeki gibi termodinamiğin ikinci kanunuyla tutarlı olarak onlar da biyolojik sistemleri çevresiyle dengeli durumlara doğru hareket ettirirler. İster bir nesne canlı ya da cansız olsun, bilim ikisi arasında bir fark gözetmez. Her iki durumda da, yüksek enerjili dış bir kaynak olmadığında her iki durumda da enerji dengeye ya da kararlılığa doğru akar.
Helsinki Üniversitesi?nden Ville Kaila ve Arto Annila, Termodinamiğin İkinci Kanunu?nu evrimi tanımlayacak bir hareket denklemi olarak açıklıyor. Bu şekilde yaparak biyoloji ve fiziği birleştirebileceklerini düşünüyorlar. Çalışmaları Royal Society Proceedings?de ?En az eylemle doğal seleksiyon? başlığıyla yayınlandı.
?Bir sistemin enerjisi çevresiyle aynı hale gelme eğilimindedir (Bir sistemin entropisi her zaman artar)? diyen Termodinamiğin İkinci Kanunu, birçok şekilde ifade ediliyor. Kaila ve Annila, bu şekillerden ikisi üzerine odaklanıyor. Diferansiyel şekilde yazıldığında, termodinamiğin ikinci kanunu, evrimi bir enerji transfer süreci olarak tanımlayabiliyor: doğal seleksiyon bir ekosistemdeki daha hızlı entropi artışına yol açacak şekilde rastgele mutasyonları kayırma eğilimindedir. İntegral şeklinde yazıldığında, ikinci kanun en az eylem prensibini tanımlar: hareket, genelde, en az enerji harcayacağı yolu tercih eder.
Ardından bilim adamları doğal seleksiyonun ve en az eylem prensibinin kimyasal termodinamik terimleriyle doğal seleksiyonla nasıl ilişkilendirilebildiğini gösteriyorlar. Bilim adamları enerji yoğunluklarındaki farklılıkları aynı seviye getirmek için birçok olası yolun denendiğini ifade ediyorlar.
Enerjinin farklı şekillere dönüşme mekanizmaları özellikle biyolojik türlerde karışık ve kompleks olabilir. Türlerin rastgele mutasyonlarında, entropiyi en hızlı artırma arayışında çeşitli yollar bulunabilir. Bu mutasyonlar eninde sonunda en olası yolda doğal olarak birleşir. Her ne kadar enerji çevresi sürekli olarak değişse de, en olası yol her zaman en kısa ve en sert enerji düşüşünü izleyen olacaktır. Azami enerji dağıtımını sağlayacak bitkilerin, bitki yiyenlerin ve diğer enerji transfer mekanizmalarının (canlı ve cansız) tam doğru miktarının olduğu bir duruma evrimleşen bir ekosistem gibi ancak bu şekilde kararlı bir duruma varılabilir.
Araştırmanın sahibi Annila?nın açıklamalarıysa şöyle: ?Biyolojik kontekste, iki nispeten benzeri tür (yani enerji çevrim mekanizmaları) aynı enerji kaynağı (örn. yiyecek) için birbirleriyle rekabet ettiğinde, bunlardan az bile daha fazla etkin mekanizmaları olan (örn, pençeler, tırnaklar, ayaklar vb) olan diğerinden daha fazla kazanım elde edecektir. Örneğin, bir çitanın hızını artırmak için bir mutasyon olduğunu varsayalım. Sonuç olarak çita daha fazla yiyecek yani daha fazla enerji alacaktır ve böylece bu yol daha dikleşecektir. Benzer şekilde, ters mutasyon daha az dikleşen belirli bir yol üzerindeki akışı azaltacaktır. Bu durumda, mutasyona uğramamış yollar daha sağlıklı rakipler olacaktır ve azalan rekabette daha fazla akışa sahip olabileceklerdir?.
Araştırmacılar bu soyut tarifinin, her bir türün bu süreçten nasıl çıktığını detaylı açıklamak yerine, evrimleşen doğanın bütüncül bakış açısını sunduğunun altını çiziyor. Örneğin bitki yiyen türler fotosentez yoluyla elde edilen güneş enerjisini dağıtırken, etçil olarak bir çita, nihayetinde soğuk uzayda son bulan besin zincirinin eğimlerine doğru enerjiyi dağıtır. Ve bu enerji akışların kendileri enerji mekanizmalarını oluşturabildikleri ve etkileyebildikleri için, evrimin bir sonraki hamlesini kestirmek neredeyse imkansızdır.
Annila şöyle açıklıyor: ?Bir sistem çevresiyle kararlı duruma gelmek için evrimleşir. Yani, çevre yüksek enerjiliyse, sistemde yüksek enerjili kararlı bir sisteme evrilir. Dünya üzerindeki madde solar radyasyon yoğunluğunu dengeleyecek şekilde milyonlarca yıldır enerjisini artıracak şekilde evrimleşmiştir. Bu süreçte, enerji çevrim mekanizmaları gelişmiştir, ancak halihazırda yenilenmeyen kaynaklarla yakıtı sağlanan eylemlere enerji vermek için daha fazla güneş enerjisi yakalayacak muhtemel yollar hala vardır.?
Evrimi tarif etmek için Termodinamiğin İkinci Kanunu kullanmak yeni bir fikir değil. 1899?lar kadar eski tarihlerde Darvin?in büyük bir hayranı olan fizikçi Ludwig Boltzmann, ilişki üzerinde kafa yormuştur. Aynı şekilde Alfred J. Lotka?da 1925?te yayınlanan temel çalışmasında, biyolojik sistemlerin de aynı evrensel zorunluluğu takip ettiğine inancını ifade etmiştir. Bugün birçok bilim adamı artan entropi prensibini hayatı anlamak için bir yol olarak görüyor. Kaila ve Annila?nın en az eylem prensibiyle açıkladıkları artan entropi ve azalan serbest enerji arasındaki ilişki doğal hareketlerin birleşik tanımını güçlendirmiştir.
Kaynak: Physorg, Çeviri: Oğuz ESER