คำถามสำคัญทางชีววิทยาคือวิธีที่สิ่งมีชีวิตหลาย
เซลล์พัฒนาจากเซลล์เดียวและควบคุมเว็บตรงฝากถอนไม่มีขั้นต่ำการพัฒนาอย่างไร มุมมองมาตรฐานคือกระบวนการกำหนดขึ้นตามคำสั่งที่ควบคุมโดยข้อมูลที่อยู่ในจีโนม นักชีววิทยาระดับโมเลกุล Jean-Jacques Kupiec ขัดแย้งกับภาพนี้ ในความน่าสนใจของ The Origin of Individuals เขาให้เหตุผลว่าไม่มีแผน รูปแบบล่วงหน้า หรือโปรแกรมที่เข้ารหัสไว้ในจีโนม ความแตกต่างและการพัฒนาของเซลล์กลับรวมองค์ประกอบแบบสุ่มแทน
ในมุมมองมาตรฐาน การพัฒนาถูกควบคุมโดยการเชื่อมโยงของปัจจัยการถอดรหัสโปรตีนกับโปรโมเตอร์ที่กระตุ้นยีนในดีเอ็นเอ ยีนเหล่านี้จะสร้างโปรตีน รวมทั้งปัจจัยการถอดรหัสอื่นๆ และโมเลกุลส่งสัญญาณที่กระตุ้นยีนมากขึ้น ผลลัพธ์ของการกระตุ้นยีนที่เรียงซ้อน นำไปสู่การงอกขยายและการสร้างความแตกต่างของเซลล์ที่สร้างสิ่งมีชีวิตในท้ายที่สุด สมมติว่าปฏิสัมพันธ์ระดับโมเลกุลและการกระตุ้นยีนสามารถคาดการณ์ได้ กระบวนการพัฒนาควรกำหนดได้เอง
เครดิต: N. BROMHALL/PHOTOLIBRARY.COM
คูปีคแย้งว่าภาพนี้ผิด เขากล่าวว่าการกระตุ้นยีนนั้นสุ่มตัวอย่างโดยเนื้อแท้และดังนั้นการสร้างความแตกต่างของเซลล์จะต้องสุ่มด้วย ปัจจัยการถอดความเชื่อมโยงกับความน่าจะเป็นบางอย่างกับตำแหน่งที่มีผลผูกพันจำนวนมากในโปรโมเตอร์ยีน ซึ่งหมายความว่าโอกาสมีบทบาทสำคัญในการกระตุ้นและการแสดงออกของยีน ในทำนองเดียวกัน เส้นทางการส่งสัญญาณของเซลล์ และด้วยเหตุนี้ปฏิกิริยาระหว่างเซลล์จึงเป็นแบบสุ่ม เนื่องจากโปรตีนอาจจับกับคู่นอนจำนวนมากที่มีโอกาสเสี่ยงต่างกัน ปฏิสัมพันธ์และเส้นทางต่างๆ เป็นไปได้มากมาย
ผลลัพธ์จากความคาดเดาไม่ได้ที่แฝงอยู่นี้ Kupiec อ้างว่า การกระทำของเซลล์สุ่ม เช่น การเติบโตของเซลล์ การแยกเซลล์ และการตายของเซลล์จะต้องถูกจำกัดด้วยวิธีการใด ๆ เพื่อให้แน่ใจว่าลำดับการพัฒนาที่ถูกต้องเกิดขึ้น มิฉะนั้น ไข่ที่ปฏิสนธิแล้วสามารถเติบโตในสิ่งมีชีวิตใดๆ ก็ได้
ปัญหาที่สั่งการโครงสร้างทางชีววิทยานั้นหายากกว่าสภาวะสุ่มหลายๆ อย่างที่เป็นไปได้ ซึ่งนำโดยนักฟิสิกส์ เออร์วิน ชโรดิงเงอร์ ในหนังสือของเขาในปี 1944 ชีวิตคืออะไร? เพื่อเปรียบเทียบวิทยาศาสตร์แห่งชีวิตกับฟิสิกส์: ในเทอร์โมไดนามิกส์ทางสถิติ ลำดับมหภาคถูกสร้างขึ้นจากความผิดปกติ ในขณะที่สำหรับการพัฒนาชีวิต ระเบียบต้องสร้างขึ้นจากระเบียบ ชโรดิงเงอร์แนะนำแนวคิดของสคริปต์โค้ดซึ่งคล้ายกับโปรแกรมที่มีอยู่ในโครโมโซม ซึ่งทำหน้าที่เป็นทั้งแผนและปัจจัยในการผ่าตัดเพื่อป้องกันความผิดปกติโดยชี้นำกระบวนการพัฒนา
Kupiec ไม่เห็นด้วยกับแนวคิดของโปรแกรม
เนื่องจากลักษณะสุ่มของปฏิกิริยาของโปรตีนและการแสดงออกของยีน เขากล่าวว่า ไม่มีรูปแบบหรือโปรแกรมของอริสโตเตเลียนที่จะสั่งการให้ชีวิตและปัดเป่าความสับสนวุ่นวายและความตายจากภายใน
แต่ถ้าไม่มีรหัสให้ปฏิบัติตาม สิ่งมีชีวิตใดสามารถพัฒนาจากเซลล์เดียวได้อย่างไร การแก้ปัญหาที่รุนแรงของคูปีคคือการใช้ทฤษฎีวิวัฒนาการของดาร์วิน พูดง่ายๆ ว่า วิวัฒนาการต้องการสองกระบวนการ — การแปรผันและการเลือก ลูกหลานของสิ่งมีชีวิตแต่ละคนแตกต่างกันเล็กน้อย การคัดเลือกโดยธรรมชาติจะคัดเลือกสิ่งมีชีวิตที่รอดชีวิตเพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตดังกล่าวมากขึ้น อีกครั้งด้วยรูปแบบที่ละเอียดอ่อนของพวกมันเอง ในการพัฒนาสิ่งมีชีวิต ลักษณะสุ่มของการกระตุ้นยีนและปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนช่วยให้เกิดผลลัพธ์การพัฒนาที่เป็นไปได้มากมาย การคัดเลือกดาร์วิน Kupiec โต้แย้ง จำกัด การพัฒนาเพื่อสร้างสิ่งมีชีวิตโดยเฉพาะอย่างสม่ำเสมอ สภาพแวดล้อมภายในเซลล์เป็นตัวคัดเลือก โดยเลือกเซลล์ที่จะอยู่รอด แยกแยะ แบ่งหรือตาย เขาสาธิตแนวคิดของเขาผ่านการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ซึ่งสร้างรูปแบบง่ายๆ ของเซลล์สองประเภท แต่ละเซลล์ตอบสนองด้วยความน่าจะเป็นต่อสภาวะท้องถิ่นเพื่อกำหนดสถานะถัดไป
ในการตั้งค่าสภาพแวดล้อมในท้องถิ่นและปฏิกิริยาเมตาบอลิซึม อย่างไรก็ตาม เซลล์ต้องใช้โปรโตคอลการส่งสัญญาณหรือโปรแกรมที่ระบุวิธีที่เซลล์ตอบสนอง แม้ว่าจะเกี่ยวข้องกับความน่าจะเป็นก็ตาม อย่างไรก็ตาม Kupiec อ้างว่าเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของโปรตีนสุ่มโปรแกรมดังกล่าวไม่สามารถมีอยู่ได้ แต่แม้ว่าเราจะยอมให้โปรโตคอลแบบรีแอกทีฟอย่างง่ายควบคุมปฏิกิริยาของเซลล์ใดๆ ต่อสภาพแวดล้อมเฉพาะที่ กลยุทธ์ดังกล่าวสามารถสร้างรูปแบบง่ายๆ เท่านั้น พวกเขาไม่สามารถบรรลุโครงสร้างและหน้าที่ที่ซับซ้อนที่สร้างขึ้นในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ได้ อย่างดีที่สุดกลยุทธ์เชิงโต้ตอบดังกล่าวสามารถส่งต่อข้อมูลเพื่อกำหนดสถานะถัดไปของเซลล์
ดังนั้นในข้อเสนอของ Kupiec สภาพแวดล้อมในท้องถิ่นจะต้องโฮสต์ข้อมูลที่จำเป็นในการสร้างสิ่งมีชีวิต แต่ยังไม่ชัดเจนว่าจะจัดเก็บและถ่ายทอดข้อมูลนี้ได้อย่างไร ในมุมมองของเขา สภาพแวดล้อมทำงานเหมือนกับ ‘โฮมุนคูลัส’ ภายนอกที่ซับซ้อน ซึ่งควบคุมการพัฒนาของตัวอ่อนอย่างน่าอัศจรรย์ในทุกขั้นตอน นอกจากนี้ Kupiec ยังล้มเหลวในการอธิบายว่าทำไมเซลล์ที่แยกจากกันจึงยังคงมีเสถียรภาพ หากการกระตุ้นยีนเป็นแบบสุ่ม หรือเหตุใดจึงมีกลยุทธ์และโปรโตคอลในการควบคุมเซลล์อยู่เลย
เวอร์ชันของ Kupiec ของกระบวนการคัดเลือกเซลล์ที่เหมือนดาร์วินต้องแข็งแกร่งและไม่เปลี่ยนแปลง จะต้องเข้มงวดกว่าการเลือกดาร์วินทั่วไปซึ่งอนุญาตให้มีการก่อตัวของการดำน้ำเว็บตรงฝากถอนไม่มีขั้นต่ำ
