Το γονιδιακό «χρηματιστήριο» του σεξ

Η φύση «παίζει» μέσω του σεξ με τα γονίδια, όπως ένας επενδυτής παίζει μέσω του Χρηματιστηρίου με τις μετοχές. Μάλιστα οι δύο ‘παίκτες’ ακολουθούν την ίδια πετυχημένη στρατηγική: να «ποντάρουν» σε όσο γίνεται περισσότερα γονίδια ή μετοχές. Και όλο αυτό το παιγνίδι τελικά μπορεί να περιγραφεί με έναν αλγόριθμο – χάρη σε ένα διακεκριμένο έλληνα επιστήμονα που εργάζεται στις ΗΠΑ.

Ο καθηγητής στο Τμήμα Επιστήμης των Υπολογιστών του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια-Μπέρκλι Χρίστος Παπαδημητρίου, μεταξύ άλλων γνωστός από τη συνεργασία του με τον Απόστολο Δοξιάδη για τη δημιουργία του διεθνούς μπεστ-σέλερ μυθιστορήματος-κόμικ «Logicomix», αυτή τη φορά δημιούργησε, μαζί με συναδέλφους του στις ΗΠΑ, έναν αλγόριθμο, ο οποίος εξηγεί το σεξ από εξελικτική άποψη, με βάση τα «παιγνίδια» που παίζουν τα γονίδια.

Η έρευνα

Οι ειδικοί στους υπολογιστές και στην εξελικτική βιολογία, που έκαναν τη σχετική δημοσίευση στην επιθεώρηση «PNAS» συνεργάστηκαν για να ρίξουν περισσότερο φως στα μυστήρια που περιβάλλουν ακόμη το σεξ, 155 χρόνια μετά τη δημοσίευση από τον Κάρολο Δαρβίνο του βιβλίου-ορόσημου «Καταγωγή των Ειδών». Ο νέος αλγόριθμος επιχειρεί να φωτίσει με ποιό τρόπο το σεξ επιτρέπει στα γονίδια να ανασυνδυαστούν μέσα στο νέο οργανισμό, ώστε, σε συνδυασμό με την φυσική επιλογή στο περιβάλλον, η ζωή να δημιουργεί συνεχώς μεγαλύτερη ποικιλία.

Το ερώτημα που πάντα απασχολούσε τους βιολόγους, ήταν με ποιό τρόπο η φυσική επιλογή οδηγεί σε οργανισμούς με τα επιθυμητά γενετικά χαρακτηριστικά, που αντέχουν στο πέρασμα του χρόνου. Το σεξ ανέκαθεν αποτελούσε ένα παράδοξο, επειδή επιτρέπει τον ανασυνδυασμό των γονιδίων μεταξύ των δύο γονιών, κάτι όμως που έχει δύο όψεις, μία θετική (δημιουργία «καλών» γονιδίων) και μία αρνητική (δημιουργία «κακών» γονιδίων).

Μία νέα προσέγγιση εγκαινιάστηκε από τον Παπαδημητρίου, ο οποίος φέτος την άνοιξη είχε την πρωτοβουλία να οργανώσει μια διεπιστημονική συνάντηση στο Ινστιτούτο Σάιμονς για τη Θεωρία της Υπολογιστικής του Μπέρκλεϊ, όπου συμμετείχαν ειδικοί της θεωρίας των υπολογιστών, βιολόγοι, φυσικοί, μαθηματικοί και στατιστικολόγοι, με σκοπό να αναλύσουν την εξέλιξη και το σεξ μέσα από τον «φακό» της υπολογιστικής και της θεωρίας των παιγνίων. Από αυτό το σεμινάριο προέκυψε και η επιστημονική δημοσίευση στο PNAS με επικεφαλής τον έλληνα επιστήμονα.

Η κατανομή

Όπως είπε ο Παπαδημητρίου, «τα γονίδια έχουν μια προτίμηση για κατανομή 50-50% και όχι 90-10%. Αν χρησιμοποιήσουμε μια αναλογία από τα τυχερά παιγνίδια, τα γονίδια δεν θέλουν να ποντάρουν μόνο σε ένα ταμπλό, αλλά σε πολλά ταυτόχρονα. Ακόμη κι όταν υπάρχει ένα υπερβολικά πετυχημένο γενετικό χαρακτηριστικό, η εξέλιξη δεν θέλει να αφήσει να εξαφανιστούν τα γονίδια για τα άλλα χαρακτηριστικά, σε περίπτωση που θα χρειαστούν αργότερα».

Αν και κάθε τυχαίο μεμονωμένο άτομο μπορεί να είναι πετυχημένο ή όχι από γενετική άποψη, συνολικά το όλο μίγμα γονιδίων της ανθρωπότητας βελτιώνεται διαχρονικά χάρη στο σεξ. Από άποψη παιγνίων, πρόκειται για ένα «παίγνιο συντονισμού», που αποσκοπεί στο ευρύτερο κοινό καλό. «Από πλευράς παιγνίων, τα παίγνια συντονισμού είναι τα πιο βαρετά, επειδή σε αυτά δεν υπάρχει καμία σύγκρουση», ανέφερε ο Παπαδημητρίου.

Για να περιγράψουν τους κανόνες αυτού του εξελικτικού και γενετικού «παιγνιδιού», που καθίσταται εφικτό χάρη στο σεξ, οι ερευνητές βρήκαν έναν ισχυρό αλγόριθμο, μία μορφή του οποίου μάλιστα έχειχρησιμοποιηθεί ήδη στα χρηματοοικονομικά ως μία μέθοδος για τη διαχείριση των μετοχικών χαρτοφυλακίων.

Η επιφυλακτική λογική της φύσης είναι τελικά ίδια με αυτή του συνετού επενδυτή: Να υπάρχει πάντα μια σχετικά ισομερώς κατανεμημένη επένδυση σε πολλα γονίδια (ή μετοχές) και συνεχώς να γίνεται αναπροσαρμογή στο μερίδιο ή στη βαρύτητα κάθε γονιδίου (ή μετοχής), ανάλογα με τις αλλαγές στο φυσικό περιβάλλον (ή στις αγορές). Αν ένα γονίδιο (μετοχή) τα πάει καλά στην πορεία, τότε το ειδικό ‘βάρος’ του αυξάνεται στον οργανισμό (ή στο χαρτοφυλάκιο). Αν όχι, τότε το γονίδιο βγαίνει στη «σύνταξη» (ή εκτός χαρτοφυλακίου).

Οι αναπροσαρμογές

Όπως οι ερευνητές επεσήμαναν, τέτοιες αργές και υπομονετικές αναπροσαρμογές τελικά οδηγούν σε χαρτοφυλάκια που αποδίδουν σχεδόν εξίσου καλά με όσα επενδύουν επιλεγμένα μόνο σε λίγες μετοχές. Και ποιός είναι, λοιπόν, ο ρόλος του σεξ στη φύση; «Να καταστήσει εφικτό αυτό τον αλγόριθμο», δηλαδή του συνετού επενδυτή που «ποντάρει» σε μια ευρεία γκάμα γονιδίων (μετοχών), σύμφωνα με τον Παπαδημητρίου.

Όπως είπε, όπου έχει χρησιμοποιηθεί αυτός ο αλγόριθμος, «είναι εντυπωσιακά αποτελεσματικός, κάνει θαύματα. Αυτό που βλέπουμε τώρα, είναι ότι η φύση χρησιμοποιεί αυτόν τον αλγόριθμο και στην εξέλιξη. Πράγμα που βοηθά να καταλάβουμε γιατί η εξέλιξη έχει υπάρξει τόσο πετυχημένη».

Ο Χ. Παπαδημητρίου γεννήθηκε στην Αθήνα το 1949 και σπούδασε ηλεκτρολόγος-μηχανολόγος στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, ενώ κατόπιν έκανε διδακτορικό στη θεωρία των υπολογιστών στο Πανεπιστήμιο Πρίνστον (1976). Έχει διδάξει στα πανεπιστήμια Χάρβαρντ, ΜΙΤ και Στάνφορντ των ΗΠΑ, ενώ τώρα είναι καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Μπέρκλεϊ.

Ο καθηγητής Χρίστος Παπαδημητρίου (αριστερά) σε μια από τις πολυάριθμες βραβεύσεις του. Ο έλληνας επιστήμονας με τον αλγόριθμο του ανοίγει νέους δρόμους στην μελέτη της ανθρώπινης εξέλιξης