A Biologia do Livre-Arbítrio
Biólogos moleculares têm assegurado aos neurocientistas, há anos, que as estruturas moleculares envolvidas nos neurônios são grandes demais para serem afetadas significativamente por fenômenos quânticos.
Eles sabem que, embora a maioria das estruturas biológicas seja notavelmente estável e, portanto, adequadamente determinada, os efeitos quânticos impulsionam as mutações que fornecem variação no conjunto de genes. Assim, nossa questão é como as estruturas típicas do cérebro evoluíram para lidar com o ruído microscópico, em nível atômico. Elas podem ignorá-lo por serem objetos grandes e adequadamente determinados, ou podem ter permanecido sensíveis ao ruído?
Podemos esperar que, se o ruído quântico, ou mesmo o ruído térmico comum, oferecesse vantagens benéficas, teria havido uma pressão evolutiva para tirar proveito do ruído.
A capacidade do olho de detectar um único fóton (um quantum de energia luminosa) e a capacidade do nariz de sentir o cheiro de uma única molécula comprovam que nossos órgãos sensoriais evoluíram a ponto de funcionarem em ou perto dos limites quânticos.
A biologia oferece muitos exemplos de processos criativos ergódicos que seguem um modelo de tentativa e erro.
Eles aproveitam o acaso como um gerador de possibilidades, seguido por um mecanismo de seleção adequadamente determinado com critérios implícitos de valor da informação.
A evolução darwiniana é o primeiro e maior exemplo de um processo criativo em dois estágios: variação aleatória seguida de seleção crítica. No entanto, consideraremos brevemente outros dois processos semelhantes. Ambos são análogos ao nosso modelo
Cogito de dois estágios para a mente. Um está no cerne do sistema imunológico, o outro proporciona controle de qualidade nas fábricas de proteínas/enzimas.
Criatividade no Sistema Imunológico
Considere o grande problema enfrentado pelo sistema imunológico. Ele permanece pronto para desenvolver anticorpos para atacar um antígeno invasor a qualquer momento, sem nenhum conhecimento prévio de qual seja esse antígeno. Em termos de informação, ele precisa descobrir alguma parte do antígeno que seja única. Seu método não é muito diferente do método de duas etapas de
Poincaré para resolver um problema matemático. Primeiro, reúne-se uma série de combinações aleatórias e, em seguida, submete-se a testes.
A informação biológica está armazenada no "código genético", a sequência de genes ao longo de um cromossomo em nosso DNA. "Sequenciar" o DNA refere-se a estabelecer o arranjo exato de nucleotídeos que codificam proteínas/enzimas específicas. Todos os avanços na genética molecular são baseados nessa capacidade de sequenciamento.
Os glóbulos brancos desenvolveram uma estratégia poderosa para descobrir informações únicas nos antígenos. O que eles fizeram foi desenvolver uma capacidade de "resequenciamento". Usando as mesmas técnicas de splicing genético que os biólogos desenvolveram para inserir características de um organismo em outro, os glóbulos brancos possuem um processo de altíssima velocidade que reorganiza os genes aleatoriamente. Eles removem genes de um local e os inserem aleatoriamente em outros locais. Essa diversidade combinatória proporciona uma variação no conjunto gênico semelhante às mutações darwinianas que impulsionam a evolução das espécies.
Mas o maravilhoso sistema imunológico torna-se ainda mais aleatório. Ele possui um gerador de diversidade de nível inferior que embaralha aleatoriamente os nucleotídeos individuais nas junções entre os genes. O splicing dos genes é feito aleatoriamente, com erros que adicionam ou subtraem nucleotídeos, criando o que é chamado de diversidade juncional.
Movimentos rápidos dos olhos
Voo Livre e Navegação Coletiva
O "voo livre" nas aves pode ser semelhante à forma como os humanos se movem em meio a multidões, através de pequenas variações aleatórias em seus trajetos, seguidas de correções rápidas para evitar esbarrar em outras pessoas?
Enzimas chaperonas - Um sistema de detecção e correção de erros
Os erros na síntese de proteínas são, sem dúvida, quantais. Se os erros impedem o dobramento correto, a chaperona funciona como um sistema de detecção e correção de erros de informação. Se ela for bem-sucedida em auxiliar no dobramento da proteína, esta é liberada; caso contrário, é destruída.
Liberação de neurotransmissores
Como a informação flui através das sinapses, a aleatoriedade dos tempos de liberação dos quanta de neurotransmissores pode ser uma fonte de ruído informacional no armazenamento e na recuperação da memória. [Os "quanta" de neurotransmissores são, obviamente, enormes em comparação com os processos quânticos em nível atômico - talvez milhares de moléculas].
Quimiotaxia bacteriana
Os menores organismos são equipados com sensores e capacidade de movimento que lhes permitem tomar decisões em duas etapas sobre qual caminho seguir. Eles precisam se mover na direção dos nutrientes e se afastar de substâncias químicas tóxicas. Fazem isso com minúsculos flagelos que giram em duas direções. A rotação dos flagelos no sentido horário faz com que a bactéria gire e se vire em novas direções aleatórias.
Quando a bactéria se move, receptores em sua superfície detectam gradientes de substâncias químicas. Quando o gradiente indica "alimento à frente" ou "perigo atrás", a bactéria mantém a direção de rotação do flagelo, o que a mantém se movendo em linha reta.
É possível ver fótons individuais e sentir o cheiro de uma única molécula.
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Notas
Baylor, DA, TD Lamb e K.-W Yau, "Respostas dos bastonetes da retina a fótons individuais",
Journal of Physiology vol. 288, (1979), pp. 613-634.
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