Which Structures Carry Information?: The Causal Structure Set and the Inverse Problem of Heredity
यह शोध पत्र कॉज़ल स्ट्रक्चर सेट (CSS) का प्रस्ताव करता है, जो एक औपचारिक ढांचा है जो वंशावली की प्रतिलोम समस्या (इन्वर्स प्रॉब्लम) को संबोधित करता है, जिसमें सूचना वाहकों को एक कारण पूर्वज (कॉज़ल एनसेस्ट्री) के भीतर उन विन्यासों के रूप में परिभाषित किया गया है जो विशिष्ट जैविक संस्थाओं के बारे में पूर्व धारणाओं के बिना वंशानुगत संगठन की पहचान करने के लिए प्रतिकृति (रेप्लिकेशन), भिन्नता (वेरिएशन) और अनुवाद (ट्रांसलेशन) के संयुक्त मानदंडों को पूरा करते हैं।
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ब्रह्मांड उन पैटर्नों से भरा है जो दोहराए जाते हैं। क्रिस्टल एक समान आकारों में बनते हैं, तारे अनुमानित चक्रों में जलते हैं, और पेड़ के छल्ले पिछले वर्षों की वर्षा का रिकॉर्ड रखते हैं। ये वे भौतिक संरचनाएं हैं जो बनी रहती हैं, और उनका अस्तित्व अक्सर उस वातावरण के इतिहास पर निर्भर करता है जिसने उन्हें बनाया है। पेड़ का एक छल्ला वर्षा का रिकॉर्ड है, और एक क्रेटर (गड्ढा) किसी प्रभाव का रिकॉर्ड है, लेकिन इनमें से कोई भी चीज़ खुद की नकल नहीं करती है। वे केवल पदार्थ पर कार्य करने वाले भौतिक नियमों का परिणाम हैं। ब्रह्मांड के अधिकांश इतिहास के लिए, यही एकमात्र प्रकार का स्थायित्व था जो अस्तित्व में था। वहां सूचना के वाहक नहीं थे, कोई निर्देश नीचे नहीं भेजे जा रहे थे, और पदार्थ की किसी विशिष्ट व्यवस्था के कारण कहीं और एक नई, समान व्यवस्था प्रकट होने का कोई तरीका नहीं था।
यह तब बदला जब जीवन की शुरुआत हुई, और यह तब फिर से बदला जब मनुष्यों ने लिखना और मशीनें बनाना शुरू किया। अचानक, ऐसी चीजें आ गईं जिन्हें कॉपी किया जा सके, और उन प्रतियों के बीच के अंतर भविष्य में अलग परिणामों की ओर ले जा सकते थे। डीएनए का एक विशिष्ट अनुक्रम एक नए जीव को बनाने के लिए कॉपी किया जा सकता है, और कोड की एक विशिष्ट पंक्ति एक नए प्रोग्राम को बनाने के लिए कॉपी की जा सकती है। वैज्ञानिक लंबे समय से यह समझने की कोशिश कर रहे हैं कि यह कैसे काम करता है, आमतौर पर इस धारणा के साथ शुरू करते हुए कि वे पहले से ही जानते हैं कि "सूचना" क्या है। वे एक जीनोम को देखते हैं और उसे जीन कहते हैं, या वे एक पुस्तक को देखते हैं और उसे एक रिकॉर्ड कहते हैं। लेकिन यह दृष्टिकोण एक अंतराल छोड़ देता है। यह स्पष्ट नहीं कर पाता कि सबसे पहले सूचना वाहक कैसे प्रकट हुए, या अजीब नए सिस्टम जैसे कृत्रिम जीवन या विकसित होते सॉफ्टवेयर में उन्हें कैसे पहचाना जाए, जहाँ हमें अभी तक यह नहीं पता कि "जीन" या "प्रोग्राम" क्या हो सकते हैं।
वाउटर वैन डेर विंजगार्ट (Wouter van der-Wijngaart) नामक एक शोधकर्ता ने इस समस्या को देखने का एक नया तरीका प्रस्तावित किया है। यह धारणा बनाने के बजाय कि कोई संरचना सूचना वाहक है, वे एक अधिक मौलिक प्रश्न पूछते हैं: दी गई एक भौतिक घटना जिसे हम देख सकते हैं, उसके आधार पर क्या हम यह पता लगा सकते हैं कि इसके कौन से हिस्से सूचना वाहक के रूप में कार्य कर रहे हैं, कौन से हिस्से नकल (कॉपी) कर रहे हैं, और कौन से हिस्से व्याख्या (इंटरप्रिटिंग) कर रहे हैं? उनका सुझाव है कि ये भूमिकाएँ सामग्रियों में अंतर्निहित गुण नहीं हैं, जैसे लकड़ी या धातु का कोई गुण होता है। इसके बजाय, ये वे भूमिकाएँ हैं जो संरचनाएं कारण और प्रभाव की एक श्रृंखला में एक-दूसरे से जुड़ने के आधार पर निभाती हैं। इन भूमिकाओं को खोजने के लिए, उन्होंने 'कॉज़ल स्ट्रक्चर सेट' (Causal Structure Set) नामक एक विधि विकसित की है। यह एक भौतिक घटना का मानचित्र बनाने का एक तरीका है, जो प्रत्येक स्थायी वस्तु और इस बात को ट्रैक करता है कि उसने अगली वस्तु को कैसे उत्पन्न किया, बिना शुरुआत में ही किसी चीज़ को "जीन" या "नुस्खा" के रूप में लेबल किए।
इस कार्य का मूल विचार यह है कि सूचना वाहक साधारण रिकॉर्ड से भिन्न होते हैं। पेड़ का एक छल्ला अतीत को रिकॉर्ड करता है, लेकिन वह खुद की नकल नहीं करता है। इसके विपरीत, एक सूचना वाहक एक ऐसी भौतिक व्यवस्था है जिसकी नकल की जाती है, और प्रतियों के बीच के अंतर बाद में अलग चीजें करते हैं। वैन डेर विंजगार्ट का तर्क है कि एक प्रणाली के वास्तव में वंशानुगत (hereditary) होने के लिए, उसे तीन विशिष्ट चीजें मिलकर करनी चाहिए। पहला, इसे प्रतिकृति (replicate) बनानी चाहिए, जिसका अर्थ है कि इसे एक संरचना की प्रतियां बनानी चाहिए ताकि पहले की तुलना में उनकी संख्या अधिक हो जाए। दूसरा, इसे परिवर्तन (vary) करना चाहिए, जिसका अर्थ है कि प्रतियां हमेशा एक जैसी नहीं होतीं; कुछ अंतर प्रकट होने चाहिए। तीसरा, और सबसे महत्वपूर्ण, इसे अनुवाद (translate) करना चाहिए। इसका अर्थ है कि प्रति की विभिन्न संस्करणों को एक साझा मशीन या प्रक्रिया के माध्यम चाहिए जो अलग-अलग परिणाम उत्पन्न करे। यदि किसी फ़ाइल की एक प्रति बनाई जाती है, लेकिन फ़ाइल की सामग्री कभी यह तय नहीं करती कि आगे क्या होगा, तो वह केवल एक जड़ पैटर्न है। लेकिन यदि फ़ाइल के विभिन्न संस्करण एक प्रिंटर को अलग-अलग पृष्ठ प्रिंट करने के लिए प्रेरित करते हैं, या यदि डीएनए अनुक्रम के विभिन्न संस्करण एक कोशिका को अलग-अलग प्रोटीन बनाने के लिए प्रेरित करते हैं, तो उस प्रणाली में अनुवाद (translation) मौजूद है।
यह शोध पत्र प्रस्तावित करता है कि इन तीन तत्वों—प्रतिकृति, परिवर्तन और अनुवाद—को एक साथ होना चाहिए, और उन्हें एक निरंतर रेखा में जुड़ा होना चाहिए। कॉपी करने और अनुवाद करने की एक एकल घटना यह सिद्ध करने के लिए पर्याप्त नहीं है कि वंशानुगतता मौजूद है। प्रणाली को यह दिखाना चाहिए कि नई प्रतियां फिर से कॉपी की जा सकती हैं, जिससे समय के साथ एक वंशावली बनती है। शोधकर्ता इस विचार का परीक्षण करने के लिए एक भौतिक घटना का मानचित्र बनाते हैं और एक विशिष्ट पैटर्न, या "मोटिफ" (motif) की तलाश करते हैं जो इन नियमों में फिट बैठता हो। यदि पैटर्न मिल जाता है, तो प्रणाली को वंशानुगत संगठन वाला माना जाता है। यदि पैटर्न गायब है, भले ही कॉपीिंग हो रही हो, तो इसे वंशानुगत नहीं माना जाता है।
यह दिखाने के लिए कि यह कैसे काम करता है, शोध पत्र कई उदाहरणों को देखता है। एक रासायनिक प्रतिक्रिया में जहाँ एक उत्प्रेरक (catalyst) उत्पाद बनाने में मदद करता है, उत्प्रेरक संरक्षित हो सकता है और प्रतिक्रिया होने में मदद कर सकता है, लेकिन यदि वह विभिन्न उत्पादों की ओर ले जाने वाले परिवर्तनों को नहीं ढोता है, तो वह सूचना वाहक नहीं है। एक मशीन में जो डेटा फ़ाइलें कॉपी करती है, यदि मशीन केवल फ़ाइलों को कॉपी करती है बिना यह देखे कि फ़ाइलों की सामग्री कभी अलग परिणाम उत्पन्न करती है या नहीं, तो वह केवल एक जड़ कॉपी करने वाली मशीन है। हालाँकि, यदि मशीन फ़ाइलों को कॉपी करती है और उन फ़ाइलों की विभिन्न सामग्री मशीन को अलग परिणाम देने के लिए प्रेरित करती है, और यदि वे परिणाम अधिक कॉपी करने की ओर ले जा सकते हैं, तो वह प्रणाली परिभाषा में फिट बैठती है। शोध पत्र एक काल्पनिक परिदृश्य को भी देखता है जिसमें खाना पकाने का सबक (cooking lesson) शामिल है। यह पूछता है कि क्या यह ढांचा एक व्यक्ति से दूसरे व्यक्ति तक रेसिपी के हस्तांतरण को पहचान सकता है, बिना यह पहले से जाने कि "रेसिपी" क्या है। भौतिक अंतःक्रियाओं—ध्वनियों, गतिविधियों, शिक्षार्थी के मस्तिष्क की स्थिति में परिवर्तनों—का मानचित्र बनाकर, यह ढांचा पहचान सकता है कि क्या एक विशिष्ट क्षमता को कॉपी किया जा रहा है, क्या उस क्षमता में आए बदलाव अलग-अलग व्यंजन बनाने की ओर ले जाते हैं, और क्या शिक्षार्थी उस क्षमता को किसी और को हस्तांतरित कर सकता है।
निष्कर्ष बताते हैं कि वंशानुगतता केवल जीव विज्ञान का एक विशेष गुण नहीं है, बल्कि एक विशिष्ट प्रकार का कारणत्मक संगठन (causal organization) है जो कई अलग-अलग रूपों में प्रकट हो सकता है। शोध पत्र यह दावा नहीं करता है कि उसने जीवन की शुरुआत के रहस्य को सुलझा लिया है, न ही यह कहता है कि वंशानुगतता होने का यही एकमात्र तरीका है। इसके बजाय, यह किसी भी भौतिक प्रणाली को देखने, जैसे कि एक प्रारंभिक रासायनिक सूप से लेकर एक कंप्यूटर नेटवर्क तक, और यह पूछने के लिए एक उपकरण प्रदान करता है कि क्या उसने वंशानुगत संगठन की दहलीज को पार कर लिया है। यह दिखाता है कि हमें यह जानने की आवश्यकता नहीं है कि "जीन" क्या हैं; हमें केवल यह देखना है कि संरचनाएं कैसे परस्पर क्रिया करती हैं। यदि हम एक ऐसा पैटर्न देखते हैं जहाँ प्रतियां बनाई जाती हैं, जहाँ अंतर मायने रखते हैं, और जहाँ वे अंतर कारण और प्रभाव की एक श्रृंखला के माध्यम से आगे बढ़ते हैं, तो हमने एक ऐसी प्रणाली खोज ली है जो सूचना वहन करती है। यह दृष्टिकोण वैज्ञानिकों को जटिलता के उद्भव का अध्ययन करने का एक तरीका प्रदान करता है जो मानव धारणाओं पर निर्भर नहीं है कि जीवन या सूचना कैसी होनी चाहिए, जिससे नए स्तर के संगठन के उदय को समझने के द्वार खुलते हैं।
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