Entropi ve Evrim Arasında Nasıl Bir İlişki Olabilir?

Entropi evrimi destekliyor mu yoksa frenliyor mu? İkisi arasında nasıl bir dinamik var? Biraz bunlara kafa yoralım.
Entropi ve Evrim Arasında Nasıl Bir İlişki Olabilir?
iStock

dünya termal olarak izole edilmiş bir sistem değildir

dünya açık bir sistemdir, güneş'ten sürekli enerji alır. bu, fotosentez ile bitkiler tarafından sabitlenen ve daha sonra otçulları yiyen bitkileri ve etçil hayvanları yiyen otoburlar tarafından elde edilen enerjidir. dünya sistemine, bu enerji katkısı olmadan yaşam imkansız olacaktır.

entropinin, evrime karşı olmaktan çok, doğal seleksiyonu, evrim mekanizmasını iten bir termodinamik itici güç olduğunu düşünebiliriz. buna göre; tüm canlı organizmalar düşük entropili serbest enerjiyi (besin maddeleri) ithal ederler ve entropi (ısı ve atık) ihraç ederek çevrelerinden daha fazla düzen sağlarlar. böylece kendi entropilerini düşük tutarak dış çevrelerinin entropisini yükseltirler. bu bağlamda dış çevrede entropinin sürekli artmasına katkı sağlıyorlar diyebiliriz.


gezegenimiz güneşten gelen düşük entropi ve yüksek enerjili fotonları alır ve bizim gibi canlılar yoluyla ihraç edilen (atık) ısıyı yüksek entropi olarak uzaya bırakır. insan ve canlı düzeyinde ise entropi alt sistemlerde lokal olarak azalabilir. sistemin birbirine kenetlenen başka bir kısmında ise entropide daha büyük bir artış olduğu sürece evrimsel süre içinde organizmal karmaşıklık pekâlâ artar. yani dünya güneşten aldığı düşük entropi ışık sayesinde dengeden uzak bir biçimde birincil üreticilerin (bitkiler ve siyanobakteriler) de katkısıyla canlılığın ve karmaşıklığın evrimi mümkün hale gelir.

organizmalar, enerjiyi çevrelerine daha verimli bir şekilde dağıtmalarını sağlayan faydalı mutasyonlarla kendilerini termodinamik olarak birer enerji transfer sistemleri haline getirirler. doğal seçilim, bir ekosistemde daha hızlı entropi artışlarına yol açan genetik mutasyonları (örnek olarak bir hücre zarı glukoz taşıma proteini) da destekler. bunu desteklemek için bakteri kültürlerini kullanarak bilim adamları birçok deneyler yapmışlardır.

o halde şunu söyleyebiliriz ki canlılar, “bir kaos okyanusu ile çevrili düzen adaları” olarak tanımlanabilir. erwin schrödinger, canlıların, çevrelerine “entropi ihraç ederek” yüksek düzeyde iç düzenlerini sağladıklarını söyler. yapılar, aktif olarak kendi kendini düzenledikleri ve kendi kendini idame ettirdikleri sürece çevreleriyle termodinamik dengeden uzak kalırlar. bir organizma, çevresiyle termodinamik dengeye ancak vücudu bozulduğunda ölümden sonra ulaşır.

harici olarak türetilmiş besinlerden (serbest enerji) elde edilen enerji, “metabolizma” olarak adlandırılan çeşitli düzenleyici işlemlere yakıt harcayarak elde edilir. bu nedenle, organizmalar ve onları oluşturan tek tek hücreler, sürekli olarak besinleri ve atıkları çevreleriyle değiştiren açık sistemlerdir. aslında, tüm organizmalar serbest enerjiyi “yiyerek” ve entropiyi “kakalayarak” düşük entropi durumlarını korurlar. 


hücre zarı da büyük ölçüde hayatı açık bir sistem olarak tanımlar. nihayetinde, tüm organizmalar ve hücresel bileşenleri önce çevrelerinden serbest enerji ithal ederek (yiyerek), daha sonra besin maddelerini faydalı formlara dönüştürerek ve son olarak eşit veya daha fazla miktarda ihraç ederek (kaka yaparak) iç düzenli durumlarını kazanır ve korurlar. ısı ve entropi formlarında çevrelerine enerji verirler.

göreceli olarak düzensiz bir su damlasının daha düzenli bir kar tanesine dönüştürülmesinin maliyeti, ısının çevreye salınmasıdır ve embriyogenezin maliyeti ise, sipariş edilen besin maddelerinin daha az düzenli hale getirilmesidir. atık ürünler ve ısı ile. sonunda, kar tanesi sentezi ve embriyogenez süreçleri, termodinamiğin ikinci yasası ile tutarlı olarak ve bir bütün olarak sisteme her zaman net entropiye katkıda bulunurlar.

doğal seleksiyon, çevrelerine daha fazla adapte olan organizmalar üretir, fakat “daha adapte” organizmalar mutlaka atalarından daha “karmaşık”tır anlamına gelmez. termal olarak izole edilmiş bir sistemde net entropi zamanla artmasına rağmen, azaltılmış entropinin yerel bölgeleri (örneğin karmaşıklık), birbirine bağlı başka bir kısımda entropide daha büyük bir azalma olduğu sürece açık alt sistemlerde kendiliğinden gelişebilir. roger penrose der ki; güneş’ten alınan düşük entropinin bir kısmını çıkartıyoruz ve onu kendimiz olan olağanüstü ve karmaşık bir şekilde organize edilmiş yapılara dönüştürüyoruz. ve bu durum evrimi tehdit etmekten çok, entropinin aslında doğal seleksiyonun arkasındaki termodinamik itici güç olarak işlev gördüğünü gösterir.

açık bir sistemin enerji ortamı, sürekli olarak değişiyor olsa da, enerji dağılımı ve entropi oranlarını en üst düzeye çıkarmak için her zaman en kısa rotayı takip eder. bu nedenle, doğal seleksiyon daha hızlı entropi oranlarına yol açan genetik mutasyonları destekler.

https://link.springer.com/…e/10.1007/s12052-009-019