Το θαύμα της ζωής

Υπενθυμίζουμε ότι το χαρακτηριστικό της fractal δομής είναι ότι αποτελείται από υπο-σύνολα, υπο-υπό-σύνολα, υπο-υπο-υπο-σύνολα που το καθένα από αυτά είναι διαφορετικές σμικρύνσεις του συνόλου. Οι παραδοσιακές  ρωσικές κούκλες δίνουν το άρωμα της fractal δομής. Κάθε μικρότερη κούκλα είναι σμικρύνσεις των μεγαλύτερων.

Το ανθρώπινο σώμα είναι πλημμυρισμένο από δενδρικά συστήματα με fractal δομή. Μια απλή διαδικασία γένεσης ενός αυτό-όμοιου δενδρικού συστήματος είναι η εξής: Αρχίζουμε από ένα σωλήνα-δίαυλο. Το ένα άκρο του αρχικού αυτού διαύλου διακλαδίζεται σε Κ λεπτότερους διαύλους που έχουν μικρότερο μήκος και μικρότερη διάμετρο από το μητρικό. Καθένας από τους Κ-κλάδους διακλαδίζεται σε Κ νέους λεπτότερους και κοντύτερους διαύλους. Η συνεχής διαδοχική επανάληψη του κανόνα αυτού οδηγεί στη δόμηση δενδρικής fractal δομής που αποκτά όλο και λεπτότερη αραχνοΰφαντη ύφανση.

Δενδρικοί fractal σχηματισμοί σχηματίζονται από τα δίκτυα των αρτηριών και των φλεβών, το δίκτυο των αγγείων στο μάτι, το βρογχικό σύστημα στον πνεύμονα, το αγώγιμο δίκτυο μεταφοράς ηλεκτρικών παλμών στην καρδιά, το δίκτυο των αγγείων που διατρέχουν τον προστάτη, τους νευρώνες στον εγκέφαλο.

Το δίκτυο των αγώγιμων δρόμων που μεταβιβάζει τον ηλεκτρικό παλμό σε όλες τις περιοχές της καρδιάς είναι έναςδενδρικός fractal σχηματισμός

Η fractal δομή των βιολογικών ιστών εξασφαλίζει πλεονεκτήματα. Χαρακτηριστικά:

Μια fractal δομή είναι δυνατόν να κατασκευαστεί σε μικρό χρόνο από έναν απλό αλγόριθμο, ο οποίος απλά επαναλαμβάνει εαυτών σε πολλές χωρικές κλίμακες ταυτόχρονα χωρίς ουσιώδεις αλλαγές. Δομούμε ένα πρόγραμμα που θα κατασκευάζει μια κούκλα και το ίδιο πρόγραμμα κατασκευάζει την ίδια κούκλα σε διαφορετικές σμικρύνσεις. Έτσι ο γεννητικός αλγόριθμος χρειάζεται για την κατασκευή ενός βιολογικού ιστού πολύ μικρότερο χρόνο από αυτόν που θα απαιτούσε η κατασκευή ενός «συμπαγούς» ευκλείδιου ιστού. Είναι γενική αρχή, η φύση είναι οικονομική, δεν είναι σπάταλη...

Σε ένα σύνηθες ευκλείδειο στερεό, ο βαθμός διαχυτότητας μιας ουσίας είναι ευθέως ανάλογος του χρόνου. Αποδεικνύεται ότι στις fractal δομές ο βαθμός διαχυτότητας αυξάνει σαν δύναμη του t^α, α > 0. Έτσι, η fractal δομή επιτρέπει ταχύτερη και αποτελεσματικότερη κυκλοφορία και μίξη των αερίων και υγρών. Και δημιουργούν τις προϋποθέσεις για τη χρησιμότητα των φαρμάκων! Μικρές ποσότητες φαρμάκου απλώνεται γρήγορα  σε όλη την έκταση του βιολογικού ιστού μέσω των όλο και πιο αραχνοΰφαντων δομών τις  fractal δομής. Αν οι δομές ήταν ευκλείδειες, θα έπρεπε να χορηγούνται μεγάλες ποσότητες (και το φάρμακο είναι φαρμάκι...) που θα δρούσαν χρονικά αργά.

Σε πολύ μικρούς fractal όγκους  εμπεριέχονται τεράστιες επιφάνειες. Για παράδειγμα, ο βρογχοπνευμονικός ιστός του ανθρώπου καταλαμβάνει όγκο ένα δέκατο του λίτρου αλλά εάν η επιφάνειά του απλωθεί καταλαμβάνει την έκταση ενός γηπέδου τένις.

Ο ανθρώπινος πνεύμονας. Το δίκτυο του τραχειοβρογχικού δένδρου είναι ένας fractal σχηματισμός.

 Ο πνεύμονας της καμήλας. Οι σκληρές συνθήκες διαβίωσης επιβάλλουν ένα πιο πολύπλοκο fractal δενδρικό σύστημα.

Ακριβώς διότι μια fractal δομή εμπεριέχει πολλαπλές κλίμακες επιτρέπει βραδεία αύξηση του λεγομένου «μορφογενετικού σφάλματος», δηλαδή, του μοιραίου σφάλματος (λόγω μεταλλαγών) ανακατασκευής από γενεά ενός συγκεκριμένου ιστού.

Εάν η γυναικεία μήτρα δεν είχε fractal δομή θα ζύγιζε 500 Kgr  και ο χρόνος κύησης θα ήταν της τάξεως  εκατοντάδων ετών!

Έμβρυο 6 ημερών στη μήτρα. Η fractal δομή των διαύλων εξασφαλίζουν την ανάπτυξη και τη γέννηση του σε 9 μήνες.

Το έμβρυο συνδέεται με το περιβάλλον του με δίκτυα fractal δομής.

Η fractal δομή των βιολογικών ιστών εξασφαλίζει όχι μόνον πλεονεκτήματα αλλά συνιστά προϋπόθεση  για την ύπαρξη ζωής.


Σε προσεχές η εντυπωσιακή βιολογική εφαρμογή των fractals στην περιοχή της κλινικής καρδιολογίας. Η καρδιά έχει fractal δομές. Προσεχώς...

Προεκτάσεις

Ανθρωπική αρχή της φυσικής: Οι νόμοι της φυσικής είναι φτιαγμένοι έτσι ώστε να ευνοούν την ύπαρξη ζωής και συνείδησης.

Το κατά πόσον αυτοί οι νόμοι είναι προϊόν σχεδιασμού (ύπαρξη θεϊκής οντότητας...) ή αναπτύχτηκαν τυχαία συνιστά θέμα έντονης διαμάχης...

Τζον Πολκχορν (ειδικός της σωματιδιακής φυσικής): «Το σύμπαν δεν είναι ένας σπουδαίος κόσμος, αλλά ένας κόσμος ιδιαίτερος και τέλειος, συντονισμένος για τη ζωή, επειδή φτιάχτηκε από τον Δημιουργό και αυτό ήταν το θέλημά Του». (Δεν είναι ένας οποιασδήποτε κόσμος..., Rees Martin, 2000, σ. 166).

Γκαθ: Δε νομίζω ότι θα χρησιμοποιούσε κανείς την ανθρωπική αρχή αν είχε μια καλύτερη εξήγηση. Στην ανθρωπική αρχή καταφεύγουν εκείνοι που δεν μπορούν να σκεφτούν κάτι καλύτερο... Από όσα ξέρω, δεν υπάρχει  ανθρωπική αρχή για την παγκόσμια ιστορία...(Lightman Alan και Roberta Brawer, Origins: the lives and words of modern cosmologists, Harvard University Press, 1990, σ. 479).

Θα επανέλθουμε στην Ανθρωπική Αρχή.

Απο: @ντώνυμος