Howard Glicksman og Steve Laufmann
Innledning: Det finnes individuelle kropps-systemer som er irreduserbart komplekse, og disse er koblet sammen til et høyere nivå, system av systemer, som også er irreduserbart komplekse, preget av kausale sirkulariteter og sammenhengende gjensidige avhengigheter ved hver vending.

Din intelligent utformede kropp er et system av systemer
30. nov. 2022. Oversatt herfra -se referanser der (Understreking og kursiv, ved oversetter.)

Redaktørens notat: Vi er glade for å presentere dette utdraget fra Your Designed Body, den nye boken av ingeniør Steve Laufmann og lege Howard Glicksman.
For å være i live trenger hver celle i kroppen din løsninger på et komplisert sett med problemer - inneslutning, porter, kontroller, innramming, transport, energi, informasjon og reproduksjon. Når man zoomer ut fra en enkelt celle, består menneskekroppen som helhet av rundt tretti billioner celler (et tall som varierer mye med individets størrelse). Den må løse alle de samme typene problemer som en celle gjør, pluss ganske mange flere. Og den trenger nye måter å løse gamle problemer på, måter helt forskjellige fra hvordan de samme problemene ble løst på cellulært nivå.

Bilde 1. 10 menneskelige systemer -hver for seg

For eksempel er en encellet organisme som en mikroskopisk livsøy. Cellen får det den trenger og kvitter seg med det den ikke trenger fra omgivelsene. I kontrast er en stor flercellet organisme (som deg) mer som et kontinent med et dypt og mørkt indre. De fleste av cellene befinner seg dypt inne i det indre uten direkte tilgang til kroppens omgivelser. For en flercellet organisme blir det derfor et stort logistisk problem å høste råvarene cellene trenger og kvitte seg med giftige biprodukter.
Flere hundre slike problemer må løses for at en kompleks kropp skal være i live. Og mange av løsningene på disse grunnleggende problemene genererer nye problemer som også må løses, eller som begrenser andre løsninger på kritiske måter. Resultatet er at for at en kompleks kropp skal være i live, må tusenvis av dypt sammenkoblede problemer løses, og mange av dem løses til enhver tid, ellers vil livet mislykkes.

I tillegg er mange av problemene kroppen står overfor mye mer komplekse enn de som løses i en enkelt celle. For eksempel, mens det krever imponerende ingeniørkunst for celler å sanse miljøet sitt (en prosess som ikke er godt forstått), utgjør sansing en betydelig større ingeniørutfordring for en menneskekropp, siden den involverer mye mer sofistikerte former for sansing - som syn, hørsel, smak , lukt og finberørings følelse i hendene dine.
Poenget er at så vanskelig som det er for en celle å opprettholde livet, er det mye vanskeligere for en organisme med en kompleks kroppsplan som din.

Vanskelige problemer Krever smarte løsninger
Til sammen krever de mange tusen problemene kroppen må løse for overlevelse og reproduksjon mange tusen geniale løsninger. De fleste av disse løsningene trenger spesialutstyr på tvers av alle nivåer av kroppsplanen, fra spesifikt tilpasset molekylært maskineri (som hemoglobinmolekyler) til spesialiserte celler (som røde blodceller) til vev (som benmarg) til hele kroppssystemer (som sirkulasjonssystem). Dette kan involvere hundretusenvis av deler, replikert på millioner av steder.
Løsninger på denne klassen av problemer viser alltid fire interessante egenskaper:

1. Spesialisering
Det kreves de riktige delene for å lage en fungerende helhet. Hver del må utføre en funksjon i forhold til det større systemet. Hver del må være laget av de riktige materialene, finjustert til presise toleranser, og utstyrt med passende grensesnitt med de andre delene. Dette er et designprinsipp kjent som separasjon av bekymringer. Nesten alle designet objekter i menneskelig erfaring er basert på denne designstrategien. Og dette ser ut til å være like sant i biologiske systemer, inkludert praktisk talt alle evner i menneskekroppen.

2. Organisasjon
Delene må være på de riktige stedene, ordnet og koblet sammen for å muliggjøre funksjonen til helheten. Hver del skal fungere sammen med de andre delene på en integrert måte. Delene er ofte laget av forskjellige materialer, hvor et materiale velges for hvordan dets spesielle egenskaper støtter de spesifikke behovene til den aktuelle delen og hvordan det må fungere i lys av helheten. Dette er et designprinsipp kjent som regelen for komposisjon. Det oppveier prinsippet om separasjon av problemer. Separasjon av problemer bryter store problemer ned i delproblemer, som er (litt) lettere å løse, mens sammensetningsregelen setter løsningene på delproblemene (delene) sammen slik at helhetens funksjon oppnås.

3. Integrasjon
Delene må ha akkurat de grensesnittene som gjør at delene kan fungere sammen. Med bein involverer dette åpenbart formene deres, spesielt ved tilkoblings- og artikulasjonspunktene (leddene). For andre kroppssystemer kan dette innebære strukturell støtte, justering, støtdemping, port- og transportsystemer, elektrisk signalering, kjemisk signalering, utveksling av kompleks informasjon og integrert logikk.

Bilde 2. 11 systemer integrert i menneskekroppen

4. Koordinering
Delene må koordineres slik at hver utfører sin respektive funksjon eller funksjoner til rett tid. Dette krever vanligvis ett eller flere kontrollsystemer, enten aktive eller passive, og vanligvis en eller annen form for sansing og kommunikasjon mellom delene og kontrollene. Denne egenskapen oppnås ved orkestrering eller koreografi, som er forskjellige i måtene kontrollene oppnås på, førstnevnte ved en mer sentralisert tilnærming og sistnevnte ved en mer distribuert tilnærming. I en gammel Chevy pickup oppnås denne funksjonen for motoren av en kamaksel. I ATP Synthase oppnås dette også med en kamaksel.

Ved utforming av et komplekst system må alle de fire faktorene ovenfor vurderes på tvers av helheten, når man designer hver av delene.

Når et system har alle de riktige delene, på alle de riktige stedene, laget av de riktige materialene, med de riktige spesifikasjonene, utfører sine respektive funksjoner, til alle de riktige tidspunktene, for å oppnå en overordnet funksjon på systemnivå som ingen av deler kan klare seg selv, du har det som er kjent som et sammenhengende system. Koherens, i denne forstand, er et funksjonskrav for alle ikke-trivielle systemer. Dessuten, i livet er systemene aldri frittstående - det er alltid gjensidig avhengighet mellom og mellom de forskjellige komponent-systemene og delene. Menneskekroppen er sammensatt av sammenhengende, gjensidig avhengige systemer.
Selvfølgelig kan hver del i et større system være et system i seg selv, sammensatt av spesialiserte deler, som også kan være systemer sammensatt av spesialiserte deler, og så videre, som danner et designhierarki. Som med de fleste menneskeskapte artefakter, består levende systemer av lag av systemer og undersystemer - et system av systemer. Dette er eksemplifisert i menneskekroppen. Se figuren nedenfor.

Bilde 3: Hierarkiske lag i menneskekroppen

Omfanget av kroppens løsninger
Det krever mye arbeid å holde et sagbruk i gang. Tømmerstokker må skaffes, sorteres og bringes inn. Avkuttet trelast må tas bort for videre bearbeiding. Motorene trenger strøm. Sagbladene må skiftes ut og slipes. Arbeiderne trenger kaffe. Mye kaffe. Alle disse krever ulike systemer innenfor det større systemet.

På samme måte, for å holde cellene i live og fungere som de skal, krever kroppen din elleve store organsystemer1 for å distribuere, disponere, forsvare, generere energi og utføre andre viktige oppgaver. Systemene og deres roller:
*Luftveiene tar opp oksygenet (O2) cellene dine trenger og kvitter seg med overflødig karbondioksid (CO2).
*Mage-tarmsystemet (fordøyelsessystemet) tar inn vann, sukker, fett, protein, salt, vitaminer og mineraler som cellene dine trenger.
*Nyre-/urinsystemet renser kroppen for overflødig nitrogen (ammoniakk, urea) og hjelper til med å opprettholde blodtrykket og kontrollere kroppens vann- og saltinnhold.

*Det kardiovaskulære systemet pumper blod gjennom kroppen din for å gi 'rettidig' levering av forsyninger til hvert organ, uansett hva du gjør. Det er også avgjørende for å håndtere temperatur, spre overflødig varme og distribuere kjemiske signaler i hele kroppen.
*Integumentærsystemet (huden) beskytter kroppen din mot omverdenen samtidig som det hjelper til med å kontrollere temperaturen gjennom svette. Den fyller seg selv, kontinuerlig fra innsiden og ut, og er bemerkelsesverdig god til å reparere seg selv når den blir kuttet eller skrapet.
*Skjelettsystemet (bein) gir støtte og beskyttelse for mange av dine vitale organer (som hjernen, ryggmargen, lungene og hjertet) og er rammeverket for musklene. Dens strukturer, organisering og proporsjoner muliggjør et utrolig spekter av bevegelse og aktivitet.

*Det motoriske systemet (musklene) lar kroppen bevege seg rundt, holde seg balansert og håndtere ting. Den er i stand til å oppfylle et bredt spekter av styrkekrav, men har usedvanlig fine kontroller.
*Nervesystemet (nerver og hjerne) lar kroppen sanse omgivelsene dine, opprettholde kroppens vitale funksjoner og kontrollere aktivitetene dine. Det lar deg også være våken og bevisst - å tenke, kommunisere, fantasere og skape.
*Immun-/lymfesystemet beskytter deg mot invaderende patogener.

*Det endokrine systemet sender ut hormoner for å regulere ting som stoffskifte og vekst.
*Det reproduktive systemet, mannlig og kvinnelig, muliggjør nytt menneskeliv.

Hver av disse er et spesialisert undersystem i kroppen. Kroppen trenger dem alle, organisert riktig og koordinert, til bemerkelsesverdig fine toleranser. På sin side er hvert av disse delsystemene et komplett system, i seg selv sammensatt av mange spesialiserte delsystemer og deler, organisert på spesifikke måter og nøyaktig koordinert.

Video: Milliarder av måter å dø på -lenke.

Oversettelse og bilder ved Asbjørn E. Lund