बीआईटी और टुकड़ों द्वारा विकास: फ्रैक्टल इवोल्यूशन का एक परिचय
प्रत्येक जैविक कोशिका को घेरने वाली झिल्ली की सीमा में एक जैविक प्रोसेसर प्रणाली का संरचनात्मक आधार शामिल होता है (लेख देखें: सेलुलर चेतना)। एक प्रोसेसर के रूप में, सेल के झिल्ली रिसेप्टर्स सिग्नल के लिए पर्यावरण को स्कैन करते हैं। जाहिर है संकेतों में पर्यावरण डूबा हुआ है। यदि सभी संकेत श्रव्य होते, तो वातावरण धधकते शोर की तरह लगता। हालांकि, रिसेप्शन की विशिष्टता जो प्रत्येक रिसेप्टर आईएमपी के लिए विशेषता है, इसे अपने पूरक सिग्नल को सभी गड़बड़ परिवेश शोर से अलग करने में सक्षम बनाता है। "अराजक" शोर से उपयोगी जानकारी को चुनिंदा रूप से फ़िल्टर करने की सेल की क्षमता सूचनात्मक संकेतों के रूप में विशिष्ट आवृत्तियों को समझने के लिए जटिल इनपुट पर फूरियर ट्रांसफॉर्मेशन [गणितीय फ़िल्टरिंग प्रक्रियाएं जो शोर प्रतीत होती है के भीतर सिग्नल ढूंढती हैं] के कार्य जैसा दिखता है। जबकि पर्यावरण एक अर्थ में "अराजक" है, सैकड़ों और हजारों एक साथ व्यक्त "संकेतों" के साथ, सेल केवल उन संकेतों को चुन सकता है जो इसके अस्तित्व के लिए प्रासंगिक हैं।
कोशिका झिल्ली की कार्यात्मक और संरचनात्मक विशेषताओं के आधार पर, प्रत्येक एकल कोशिका (जैसे, अमीबा) a . का प्रतिनिधित्व करती है स्व-संचालित माइक्रो कंप्यूटर सिस्टम. डिजिटल कंप्यूटरों की तरह, "सेलुलर" कंप्यूटर की शक्ति या सूचना प्रबंधन क्षमता उसके बीआईटी की संख्या से निर्धारित होती है जिसे वह प्रबंधित कर सकता है। कंप्यूटर में, बीआईटी गेट/चैनल कॉम्प्लेक्स हैं, झिल्ली प्रोसेसर में, बीआईटी को रिसेप्टर/इफ़ेक्टर कॉम्प्लेक्स द्वारा दर्शाया जाता है। सेल के बीआईटी वाले आईएमपी अणुओं ने भौतिक मापदंडों को परिभाषित किया है और इसलिए उन्हें "मापा" जा सकता है।
IMP प्रोटीन का आयाम लगभग झिल्ली की मोटाई के समान होता है। चूंकि आईएमपी, परिभाषा के अनुसार, झिल्ली के द्विपरत के भीतर रहते हैं, प्रोटीन को केवल एक मोनोलेयर के रूप में व्यवस्थित किया जा सकता है (जिसका अर्थ है कि आईएमपी को एक दूसरे पर ढेर नहीं किया जा सकता है)। रोटी और मक्खन और जैतून के सैंडविच रूपक का उपयोग करने के लिए, केवल इतने जैतून हैं कि रोटी पर स्तरित किया जा सकता है। सैंडविच में अधिक जैतून रखने के लिए ब्रेड के एक बड़े टुकड़े के उपयोग की आवश्यकता होती है। झिल्ली में धारणा-आईएमपी इकाइयों की संख्या बढ़ाने के लिए भी यही लागू होता है: अधिक आईएमपी-झिल्ली के अधिक सतह क्षेत्र को उन्हें पकड़ने की आवश्यकता होती है। कोशिका की सूचना प्रसंस्करण क्षमता (धारणा प्रोटीन की संख्या में परिलक्षित) सीधे झिल्ली के सतह क्षेत्र से जुड़ी होती है।
इस प्रवचन का गहरा बिंदु ... जैविक जागरूकता एक मापने योग्य संपत्ति है, और है सीधे सहसंबद्ध कोशिका झिल्ली के सतह क्षेत्र के साथ। नतीजतन सेल की कंप्यूटिंग शक्ति सेलुलर आयामों पर लगाए गए सीमाओं द्वारा भौतिक रूप से निर्धारित होती है।
RSI विकास का पहला चरण जीवन का संबंध व्यक्तिगत जैविक कंप्यूटर 'चिप', आदिम जीवाणु के विकास और शोधन से है। इन आदिम जीवों का आकार इस तथ्य से विवश है कि उनके पास एक कठोर बाहरी कंकाल है, जो ग्लाइकोकैलिक्स के पॉलीसेकेराइड से प्राप्त होता है। इस "कोट" में चीनी अणुओं के क्रॉस-लिंकिंग द्वारा निर्मित मैट्रिक्स सेल के सुरक्षात्मक "कंकाल" के लिए प्रदान करता है, जिसे कैप्सूल कहा जाता है। कैप्सूल शारीरिक रूप से कोशिका की पतली झिल्ली को आसमाटिक दबाव के तनाव के तहत टूटने से बचाता है और उसकी रक्षा करता है।
आसमाटिक दबाव एक झिल्ली के माध्यम से पानी की इच्छा से उत्पन्न बल है जो झिल्ली बाधा के प्रत्येक तरफ कणों की एकाग्रता को "संतुलित" करता है। कोशिका का कोशिका द्रव्य उस पानी की तुलना में कणों से भरा होता है जिसमें कोशिकाएँ रहती हैं। बाहरी वातावरण से पानी साइटोप्लाज्मिक पार्टिकुलेट की सांद्रता को पतला करने के लिए झिल्ली से होकर गुजरेगा। कोशिका पानी के साथ फूल जाएगी और दबाव के कारण नाजुक झिल्ली की बाइलेयर टूट जाएगी, जिससे कोशिका मर जाएगी। ग्लाइकोकैलिक्स एक्सोस्केलेटन जीवन के लिए खतरा आसमाटिक दबाव का प्रतिरोध करता है।
बैक्टीरिया अकशेरुकी जीवों के कोशिकीय समकक्ष होते हैं, (ऐसे जानवर जिनके पास एक आंतरिक सहायक कंकाल नहीं है (जैसे, क्लैम, कीड़े, जेली मछली)। जबकि कंकाल जीवाणु की रक्षा करता है, इसकी कठोर प्रकृति भी इसे सीमित करती है। जीवाणु कोशिका का आकार इसके बाहरी द्वारा सीमित होता है। कैप्सूल। आकार की सीमा कोशिका के पास झिल्ली की मात्रा को प्रतिबंधित करती है। झिल्ली सतह क्षेत्र जागरूकता के समानुपाती है, इसमें शामिल हो सकने वाले आईएमपी की संख्या के आधार पर। जीवाणु कैप्सूल सेल के विकास को सीमित करता है क्योंकि इकाइयों की संख्या पर एक कैप है धारणा के झिल्ली में शामिल हो सकते हैं।
वास्तव में, जीवाणु के झिल्ली सतह क्षेत्र का अधिकांश भाग कोशिका अस्तित्व के लिए आवश्यक आवश्यक IMP परिसरों को रखने के लिए उपयोग किया जाता है। हालांकि, प्रत्येक जीवाणु छह अतिरिक्त पर्यावरणीय "संकेतों" के बारे में सीखने में भी सक्षम है। उदाहरण के लिए, एक जीवाणु पर्यावरण में पेश किए गए एंटीबायोटिक का विरोध करने की क्षमता हासिल कर सकता है। यह एक सतह रिसेप्टर बनाकर ऐसा करता है जो एंटीबायोटिक के अणुओं को बांधता है और रोकता है। नया रिसेप्टर मूल रूप से एक प्रोटीन "एंटीबॉडी" के बराबर है जिसे हमारी प्रतिरक्षा कोशिकाएं एक आक्रामक एंटीजन को बेअसर करने के लिए बनाती हैं।
परिभाषा के अनुसार, एक नए रिसेप्टर के निर्माण का तात्पर्य है कि उस प्रोटीन के लिए अमीनो एसिड कोड को याद रखने के लिए एक नया जीन बनाया जाना चाहिए। बैक्टीरिया में, ये "नए" स्मृति जीन डीएनए के छोटे वृत्त के रूप में मौजूद होते हैं जिन्हें प्लास्मिड कहा जाता है। प्लास्मिड शारीरिक रूप से कोशिका के आनुवंशिकता प्रदान करने वाले गुणसूत्र से जुड़े नहीं होते हैं और कोशिका द्रव्य में स्वतंत्र रूप से तैरते हैं। बैक्टीरिया औसतन लगभग छह . बनाने में सक्षम हैं विभिन्न प्लास्मिड, प्रत्येक एक अद्वितीय सीखने "अनुभव" से प्राप्त होता है। कोशिका के पास मौजूद प्लास्मिड की संख्या की सीमा डीएनए बनाने में असमर्थता के कारण नहीं है। क्योंकि जीवाणु अपने पास मौजूद किसी भी प्लास्मिड की हजारों प्रतियां बना सकता है। सीमाएं इस तथ्य से संबंधित होनी चाहिए कि प्रत्येक "नए" प्रोटीन धारणा परिसर को अपने कार्यों को व्यक्त करने के लिए सतह क्षेत्र की एक इकाई की आवश्यकता होती है। इसकी झिल्ली (यानी, सतह क्षेत्र) का विस्तार करने में असमर्थता बैक्टीरिया की नई धारणा (जागरूकता) प्राप्त करने की क्षमता को सीमित करती है।
जितनी अधिक जागरूकता उतनी ही अधिक जीवित रहने की क्षमता। व्यक्तियों की जागरूकता बढ़ाने की सीमाएं, ढीले-ढाले समुदायों में रहने वाले जीवाणुओं को जन्म देती हैं। यदि कोई जीवाणु पर्यावरण के बारे में छह तथ्य "सीख" सकता है, तो सौ बैक्टीरिया सामूहिक रूप से 600 तथ्यों से अवगत होने में सक्षम हैं। बैक्टीरिया ने अपने प्लास्मिड की प्रतियों को समुदाय के अन्य जीवाणुओं में स्थानांतरित करने के लिए तंत्र विकसित किया। अपने "सीखा" डीएनए की प्रतियां स्थानांतरित करके, वे समुदाय के साथ अपनी "जागरूकता" साझा करते हैं। बैक्टीरिया एक प्लास्मिड को दूसरे व्यक्ति में स्थानांतरित कर सकते हैं। प्राप्तकर्ता जीवाणु अपने जीवन के दौरान दान किए गए प्लास्मिड की "जागरूकता" का उपयोग कर सकता है, लेकिन आम तौर पर प्लास्मिड की प्रतियां अपनी बेटी कोशिका संतान को नहीं दे सकता है।
जीवाणुओं में सूक्ष्म तंतु जैसे प्रक्षेपण होते हैं जो उनकी बाहरी सतह से बढ़ते हैं जिन्हें पिली कहा जाता है। जब दो जीवाणुओं से पिली स्पर्श करती है, तो पाइलस झिल्ली क्षण भर के लिए फ्यूज हो सकती है, दो कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य को एक साथ जोड़कर। संलयन के समय, दो बैक्टीरिया अपने प्लास्मिड की प्रतियों का आदान-प्रदान कर सकते हैं। बैक्टीरिया भी पर्यावरण में मुक्त तैरते डीएनए को स्कार्फ-अप करने में सक्षम हैं, इसलिए प्लास्मिड को पर्यावरण में छोड़ दिया जाता है, जैसा कि तब हो सकता है जब एक कोशिका मर जाती है और इसका साइटोप्लाज्म लीक हो जाता है, अन्य कोशिकाओं द्वारा परिमार्जन किया जा सकता है। हालांकि, फ्री-फ्लोटिंग डीएनए पर वातावरण कठिन होता है और प्लास्मिड आसानी से टूट जाते हैं। "जागरूकता" प्लास्मिड को वितरित करने का एक तीसरा, अधिक प्रभावी साधन तब उत्पन्न हुआ जब बैक्टीरिया ने सीखा कि कैसे अपने प्लास्मिड डीएनए को सुरक्षात्मक प्रोटीन गोले में पैकेज करना है, जिससे वायरस बनते हैं। वायरस में "सूचना" होती है जो पर्यावरण में अन्य व्यक्तिगत कोशिकाओं को जारी की जाती है। कुछ वायरस उन कोशिकाओं को मार देते हैं जो उन्हें उठाती हैं, जबकि अन्य वायरस उन कोशिकाओं की रक्षा करते हैं जिन्हें वे "संक्रमित" करते हैं। कभी-कभी "सूचना" जीवन की पुष्टि करती है, कभी-कभी यह घातक होती है।
जीवाणु समुदायों ने समुदाय में सभी कोशिकाओं को घेरने के लिए एक पॉलीसेकेराइड बाह्य कोशिकीय मैट्रिक्स को तैनात करके अपने अस्तित्व को बढ़ाने का एक साधन विकसित किया और उन्हें जंगली पर्यावरण के कहर से "रक्षा" किया। व्यक्तिगत बैक्टीरिया मैट्रिक्स के भीतर "सिंचित" चैनलों के माध्यम से आगे बढ़ने में सक्षम थे। चैनलों ने बाह्य सामग्री और सूचना अणुओं के संचार की भी अनुमति दी, जिसने समुदाय के सभी सदस्यों के बीच एक सांप्रदायिक एकीकरण प्रदान किया। कोशिकीय समुदाय विभिन्न प्रकार के जीवाणु प्रजातियों से आबाद हो सकता है। उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन से डरने वाले बैक्टीरिया के अवायवीय रूप एक समुदाय के निचले हिस्से में रह सकते हैं, जबकि ऑक्सीजन से प्यार करने वाले एरोबिक बैक्टीरिया उसी समुदाय के ऊपरी स्तरों में मौजूद होते हैं। समुदाय के भीतर बैक्टीरिया आसानी से अपने डीएनए का आदान-प्रदान करने में सक्षम हैं, और ऐसा करने से सेलुलर नागरिकों को विशिष्ट, विभेदित कार्यों को प्राप्त करने में सक्षम बनाता है।
इन मैट्रिक्स-आच्छादित जीवाणु समुदायों को बायोफिल्म्स कहा जाता है (नीचे चित्रण देखें)। बायोफिल्म बहुत महत्वपूर्ण हो गए हैं क्योंकि अब वे जीवाणु समुदायों को एंटीबायोटिक दवाओं से बचाने के लिए पहचाने जाते हैं। दांतों की कैविटी बनाने वाले बैक्टीरिया वास्तव में बायोफिल्म समुदाय होते हैं, जो उन्हें हमारे दांतों से निकालने के हमारे प्रयासों का विरोध करते हैं। बायोफिल्मों की प्रतिरोधक और सुरक्षात्मक प्रकृति ने इन समुदायों को समुद्र छोड़ने और भूमि पर रहने वाले पहले जीवन रूपों में सक्षम बनाया।
कई साल पहले, जीवविज्ञानी लिन मार्गुलिस ने इस अवधारणा की स्थापना की थी कि माइटोकॉन्ड्रिया बैक्टीरिया जैसे जीव थे जिन्होंने यूकेरियोट्स नामक अधिक उन्नत नाभिक युक्त कोशिकाओं के कोशिका द्रव्य पर आक्रमण किया। पहले तो उनके विचारों का प्रतिष्ठान द्वारा उपहास किया गया था, लेकिन वर्षों से यह व्यापक रूप से स्वीकृत विश्वास बन गया है। दिलचस्प बात यह है कि बायोफिल्म में बैक्टीरिया की सांप्रदायिक प्रकृति की समझ एक और व्याख्या प्रस्तुत करती है।
बाईं ओर का माइक्रोग्राफ मानव फेफड़े में बायोफिल्म का एक उदाहरण दिखाता है। संक्रामक स्यूडोमोनास जीवाणु झुरमुट एक अंधेरे धुंधला बाह्य मैट्रिक्स (तीर देखें) में संलग्न है जिसमें एक बायोफिल्म शामिल है। मैट्रिक्स के भीतर एनकैप्सुलेशन बैक्टीरिया को प्रतिरक्षा प्रणाली के उन्हें नष्ट करने के प्रयासों से बचाता है। मुख्य रूप से कार्बोहाइड्रेट से बने मैट्रिक्स में मांसपेशी प्रोटीन, एक्टिन और मायोसिन भी हो सकते हैं, जो कुछ बैक्टीरिया की बाहरी सतहों से बंधे पाए जाते हैं। बाहरी एक्टिन और मायोसिन प्रोटीन बैक्टीरिया को फिल्म के मैट्रिक्स के भीतर स्थानांतरित करने में सक्षम बनाते हैं।
दाईं ओर का माइक्रोग्राफ वही तस्वीर है, लेकिन फिल्म की परिधि के चारों ओर खींची गई "झिल्ली" के साथ। फिल्म के चारों ओर एक झिल्ली जीवाणु समुदाय को अपने पर्यावरण की संरचना और चरित्र को ठीक से नियंत्रित करने में सक्षम बनाती है, एक आवश्यक विकास जो उनके अस्तित्व को बढ़ाएगा। यह संशोधित फिल्म क्रमिक रूप से अधिक उन्नत यूकेरियोटिक कोशिका के साइटोलॉजिकल शरीर रचना जैसा दिखता है। इस मामले में बैक्टीरिया सेल के ऑर्गेनेल का प्रतिनिधित्व करेंगे और फिल्म का मैट्रिक्स ऑर्गेनेल के बीच साइटोस्केलेटल-समृद्ध साइटोप्लाज्म का प्रतिनिधित्व करेगा। दिलचस्प बात यह है कि यूकेरियोट्स साइटोप्लाज्म में कई समान संरचनात्मक घटक होते हैं जो बायोफिल्म के मैट्रिक्स की विशेषता रखते हैं। यह विशेष रूप से एक्टिन और मायोसिन के बारे में सच है जो बैक्टीरिया को फिल्म में उसी तरह से स्थानांतरित करने में सक्षम बनाता है जिस तरह से ऑर्गेनेल साइटोप्लाज्म में चलते हैं।
इस चर्चा का मुद्दा यह है कि एक विकसित एकल इकाई होने के बजाय अधिक उन्नत यूकेरियोटिक कोशिका, एक जीवाणु समुदाय के विकास का प्रतिनिधित्व कर सकती है। एक सेल प्रोकैरियोट्स के एक सूक्ष्म रूप से ट्यून किए गए समुदाय का प्रतिनिधित्व करेगा जो कि ऑर्गेनेल में विभेदित हैं। इस तरह की परिकल्पना प्लेमॉर्फिक जीवविज्ञानियों के विश्वासों का समर्थन करती है, वैज्ञानिकों का एक छोटा लेकिन कट्टर समूह जो मानता है कि रोग संबंधी सूक्ष्म जीव मरने वाले कोशिकाओं से उत्पन्न, उभरे हुए जीवन रूपों का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। समझ में आता है।
भले ही, विकास के दूसरे चरण में अधिक परिष्कृत यूकेरियोटिक (न्यूक्लियेटेड) सेल की उत्पत्ति देखी गई। हालांकि, विकास तब बंद हो गया जब न्यूक्लियेटेड सेल अपने अधिकतम विशिष्ट आकार तक पहुंच गया, क्योंकि सेलुलर जीवन पर भौतिक सीमाएं लगाई गई हैं। यदि कोशिका किसी दिए गए आकार से अधिक अपने सतह क्षेत्र का विस्तार करने का प्रयास करती है, तो कोशिका अस्थिर हो जाएगी, क्योंकि यदि यह कुछ आयामों से अधिक हो जाती है, तो झिल्ली भौतिक रूप से अपने कोशिका द्रव्य के द्रव्यमान को बाधित करने में सक्षम नहीं होगी। इससे झिल्ली का टूटना और झिल्ली क्षमता का नुकसान होगा (जिससे कोशिका अपनी जीवन देने वाली ऊर्जा खींचती है)। इसके अलावा, यदि कोशिका एक निश्चित व्यास से अधिक हो जाती है, तो प्रसार की प्रक्रिया से कोशिका के मध्य भाग तक पहुंचने के लिए चयापचय प्रसंस्करण के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन सक्षम नहीं होगा।
नतीजतन, विकास के इतिहास में, पहले 3 अरब साल मुख्य रूप से एककोशिकीय जीवों (बैक्टीरिया, शैवाल, प्रोटोजोआ) की उपस्थिति और विकास से जुड़े थे। यह बहुकोशिकीय जीवों की उत्पत्ति थी जो एकल कोशिका की सीमाओं से परे झिल्ली सतह क्षेत्र (यानी जागरूकता क्षमता) का विस्तार करने के वैकल्पिक तरीके का प्रतिनिधित्व करते थे। नतीजतन, विकास के तीसरे चरण में, जैविक "कंप्यूटर" शक्ति (जागरूकता) में वृद्धि उच्च क्रम समुदायों में संगठित होने की एक ही प्रक्रिया के परिणामस्वरूप हुई। व्यक्तिगत यूकेरियोटिक सेल के बारे में जागरूकता बढ़ाने के बजाय, विकास के तीसरे चरण का संबंध व्यक्तिगत यूकेरियोटिक सेल 'चिप्स' को इंटरेक्टिव असेंबली में ऑर्डर करने से था।
विकास का यह "चरणबद्ध" कंप्यूटर उद्योग में हुआ जैसा दिखता है। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स ने चिप विकसित की। व्यक्तिगत चिप्स साधारण कैलकुलेटर का दिल हैं। हालाँकि, जब कई चिप्स को एक साथ एकीकृत और वायर्ड किया गया तो उन्होंने कंप्यूटर के लिए प्रदान किया। जब व्यक्तिगत कंप्यूटर अपनी अधिकतम शक्ति तक पहुँच गए, तो कई कंप्यूटरों को एक संगठित समानांतर-प्रसंस्करण "समुदाय" में जोड़कर सुपर कंप्यूटर बनाए गए। यूकेरियोटिक कोशिका के साथ जीवाणु का संबंध कंप्यूटर के साथ चिप के संबंध के समान है। बहुकोशिकीय जीव के साथ यूकेरियोटिक कोशिका का संबंध एक समानांतर-प्रसंस्करण नेटवर्क में एक व्यक्तिगत कंप्यूटर के संबंध के समान है।
कंप्यूटर में, मशीन की "शक्ति" को बीआईटी हैंडलिंग क्षमता में मापा जाता है। जैविक जीवों में, "जागरूकता" क्षमता एकीकृत आईएमपी परिसरों की संख्या और विविधता में परिलक्षित होती है। चूंकि आईएमपी की मात्रा सीधे "सतह क्षेत्र" से जुड़ी हुई है, इसलिए जागरूकता बहुकोशिकीय जीवों में साझा झिल्ली सतहों का एक कारक बन जाती है।
कशेरुक मस्तिष्क के विकास के संबंध में उस सतह क्षेत्र के संबंध पर विचार करें। पहले कशेरुकी दिमाग छोटे, चिकने गोले होते हैं। जैसे-जैसे कोई विकासवादी सीढ़ी पर चढ़ता है, मस्तिष्क बड़ा हो जाता है और अधिक सतह क्षेत्र बाद में मस्तिष्क की सतह की तह से प्राप्त होता है जो अधिक उन्नत दिमागों की विशेषता सल्सी (खांचे) और ग्यारी (सिलवटों) का उत्पादन करता है। दिलचस्प बात यह है कि जब मस्तिष्क की सतह के संदर्भ में जागरूकता पर विचार किया जाता है, तो मनुष्य दूसरे स्थान पर होते हैं क्योंकि पोरपोइज़ और डॉल्फ़िन के दिमाग का सतह क्षेत्र बड़ा होता है।
यह प्रस्तावित है कि एककोशिकीय प्रोटोजोआ के समान, मनुष्य एक अन्य विकासवादी समापन बिंदु का प्रतिनिधित्व करते हैं, एक बहुकोशिकीय जैविक संरचना के लिए विकास का उच्चतम स्तर। विकास के पिछले दो चक्रों में हुई घटनाओं की एक श्रृंखला में, मानव विकास एक बहु- "सेलुलर" समुदाय में व्यक्तियों के संयोजन और एकीकरण की प्रक्रिया के माध्यम से जारी रहा। मानवता के रूप में जाने जाने वाले इस समुदाय में, प्रत्येक व्यक्ति की भूमिका मानव निर्माण में एक कोशिका के समान होती है। एक जीवित जीव (गैया) के रूप में पृथ्वी के वैश्विक दृष्टिकोण में, मनुष्य पृथ्वी की सतह झिल्ली में आईएमपी समकक्ष हैं। मनुष्य, रिसेप्टर्स और प्रभावकों के रूप में, पृथ्वी के लिफाफे में पैटर्न वाले नेटवर्क (समुदाय) में इकट्ठा और एकीकृत होते हैं, जिसमें वे पर्यावरणीय "संकेत" प्राप्त करते हैं और ग्रह के झिल्ली द्वार के स्विचिंग तंत्र के रूप में कार्य करते हैं।
इन अध्ययनों से पता चलता है कि अतीत और भविष्य के विकास को कोशिका झिल्ली की संरचना और विस्तार में गणितीय रूप से तैयार किया जा सकता है। द्वि-आयामी झिल्ली सतह क्षेत्र को त्रि-आयामी सेल स्पेस में व्यवस्थित करने का सबसे अच्छा तरीका फ्रैक्टल ज्यामिति को नियोजित करना है।
प्रकृति में, अधिकांश अकार्बनिक और जैविक संरचनाएं एक "अनियमित" पैटर्न व्यक्त करती हैं। हालांकि, अनियमितताओं की स्पष्ट अराजकता के भीतर, कोई यह पाता है कि अनियमित संरचनाएं "नियमित रूप से" दोहराई जाती हैं (यानी, वे क्रम का एक रूप दिखाती हैं)। उदाहरण के लिए, एक पेड़ की टहनी में शाखा लगाने का पैटर्न अक्सर शाखा के समान पैटर्न होता है जो पेड़ के तने पर देखा जाता है। एक प्रमुख नदी की शाखाओं का पैटर्न उसकी छोटी सहायक नदियों के साथ देखी गई शाखाओं के पैटर्न के समान है। ब्रोन्कस के साथ शाखाओं का पैटर्न सबसे छोटे ब्रोन्किओल्स के साथ वायुमार्ग की शाखाओं के पैटर्न का दोहराव है। धमनी और शिरापरक रक्त वाहिकाओं और परिधीय तंत्रिका तंत्र में शरीर में दोहराए गए शाखाओं के पैटर्न की समान छवियां प्रकट होती हैं।
फ्रांसीसी गणितज्ञ, बेनोइट मंडेलब्रॉट ने सबसे पहले यह पहचाना था कि प्रकृति की कई वस्तुओं की ज्यामिति ने एक समान पैटर्न का खुलासा किया, चाहे जिस पैमाने पर इसकी जांच की गई हो। जितना अधिक आप छवि को बड़ा करते हैं, उतना ही अधिक संरचना समान दिखाई देती है। मंडेलब्रॉट ने ऐसी वस्तुओं का वर्णन करने के लिए "स्व-समान" शब्द की शुरुआत की। "1975 में, मैंडलब्रॉट ने फ्रैक्टल शब्द को अनियमित और खंडित स्व-समान आकृतियों के लिए एक सुविधाजनक लेबल के रूप में गढ़ा।
भग्न का गणित आश्चर्यजनक रूप से सरल है क्योंकि इसमें जोड़ और गुणा के "संचालन" दोहराए जाते हैं। इस प्रक्रिया में, एक ऑपरेशन के परिणाम को बाद के ऑपरेशन के लिए इनपुट के रूप में उपयोग किया जाता है; उस ऑपरेशन के परिणाम को अगले ऑपरेशन के लिए इनपुट के रूप में उपयोग किया जाता है, और इसी तरह। गणितीय रूप से, सभी "संचालन" एक ही सूत्र का उपयोग करते हैं, हालांकि, समाधान प्राप्त करने के लिए उन्हें लाखों बार दोहराया जाना चाहिए। फ्रैक्टल समीकरण को पूरा करने के लिए आवश्यक मैनुअल श्रम और समय ने गणितज्ञों को फ्रैक्टल ज्योमेट्री की "शक्ति" को पहचानने से रोक दिया, जब तक कि शक्तिशाली कंप्यूटरों के आगमन ने बेनोइट मंडेलब्रॉट को इस नए गणित को परिभाषित करने में सक्षम नहीं किया।
शास्त्रीय ज्यामिति में बिंदु, रेखाएं, सतह क्षेत्र और घन संरचनाएं सभी पूर्णांक, 0-, 1-, 2-, और 3-आयामों में व्यक्त आयामों का प्रतिनिधित्व करती हैं। फ्रैक्टल ज्यामिति का उपयोग उन छवियों को मॉडल करने के लिए किया जाता है जो अधिक "अंतःआयामी" हैं। उदाहरण के लिए एक घुमावदार रेखा एक 1-आयामी वस्तु है। भग्न में वक्र इतना ज़िग-ज़ैग कर सकता है कि यह वास्तव में विमान को भरने के करीब आता है। यदि रेखा का वक्र अपेक्षाकृत सरल है तो यह 1 के आयाम के करीब है। यदि रेखा के वक्र इतने कसकर पैक किए जाते हैं कि वे स्थान भर देते हैं, तो रेखा 2-आयामों तक पहुंच जाती है। फ्रैक्टल ज्यामिति पूर्ण संख्या आयामों के बीच रिक्त स्थान को भरती है।
भग्न की एक संरचनात्मक विशेषता को समझना अपेक्षाकृत सरल है: भग्न एक दूसरे के भीतर निहित "संरचनाओं" के दोहराए गए पैटर्न को प्रदर्शित करते हैं। प्रत्येक छोटी संरचना एक लघु है, लेकिन जरूरी नहीं कि बड़े रूप का एक सटीक संस्करण हो। फ्रैक्टल गणित पूरे में देखे गए पैटर्न और उस पूरे के हिस्सों में देखे गए पैटर्न के बीच संबंध पर जोर देता है। उदाहरण के लिए, एक शाखा पर टहनियों का पैटर्न ट्रंक से अलग होने वाले अंगों के पैटर्न जैसा दिखता है। भग्न वस्तुओं को "बॉक्स" द्वारा "बॉक्स" के भीतर, "बॉक्स" के भीतर, "बॉक्स" आदि के भीतर दर्शाया जा सकता है। यदि कोई पहले "बॉक्स" के मापदंडों को जानता है, तो उसे स्वचालित रूप से मूल प्रदान किया जाता है पैटर्न जो अन्य सभी (बड़े या छोटे) "बक्से" की विशेषता है।
जैसा कि डब्ल्यू। ऑलमैन (संदर्भ खंड में उद्धृत) द्वारा मानव जीवन के गणित लेख में वर्णित है, "भग्नों के गणितीय अध्ययन से पता चलता है कि एक भग्न की शाखा-भीतर-शाखा संरचना तीन के भीतर सबसे अधिक सतह क्षेत्र प्राप्त करने के सर्वोत्तम तरीके का प्रतिनिधित्व करती है। -आयामी अंतरिक्ष… ” जबकि कोशिका झिल्ली वास्तव में एक त्रि-आयामी वस्तु है, इसकी आणविक बाईलेयर में एक स्थिर और समान मोटाई होती है। जैसे कि झिल्ली की मोटाई को नजरअंदाज किया जा सकता है और झिल्ली को 3-आयामी "सतह-क्षेत्र" संरचना के रूप में तैयार किया जा सकता है। चूंकि विकास झिल्ली की जागरूकता (इसकी सतह क्षेत्र से संबंधित) का मॉडलिंग है, फ्रैक्टल ज्यामिति द्वारा प्रदान की गई मॉडलिंग की दक्षता प्रकृति द्वारा चुने गए को प्रतिबिंबित करेगी।
बात मॉडलिंग के गणित में फंसने की नहीं है। मुद्दा यह है कि फ्रैक्टल मॉडल भविष्यवाणी करता है कि विकास एक दूसरे के भीतर निहित "संरचनाओं" के दोहराए गए पैटर्न पर आधारित होगा! अधिक विशेष रूप से, जैसा कि यह फ्रैक्टल इवोल्यूशन की अवधारणा से संबंधित है, "संपूर्ण का पैटर्न पूरे के हिस्सों में देखा जाता है," इसका मतलब है कि मानव का पैटर्न मानव के भागों (कोशिकाओं) में देखा जाता है। यदि कोई उस पैटर्न से अवगत है जिसके द्वारा एक कोशिका कार्यात्मक रूप से व्यवस्थित होती है, तो उसे मानव के संगठन में भी अंतर्दृष्टि प्रदान की जाती है। इस पर विचार करें: छोटी संरचनाओं की भग्न छवियां बड़े पूरे के लघुचित्र हैं। इसलिए, जबकि मनुष्यों की संरचना उनकी स्वयं की कोशिकाओं की एक स्व-समान छवि है, मानव सभ्यता की संरचना अपने घटक मनुष्यों की एक स्व-समान संरचना का प्रतिनिधित्व करेगी!
मनुष्य समाज की भग्न छवि है, कोशिकाएं मानव की भग्न छवि हैं। वास्तव में, कोशिकाएँ समाज की भी भग्न छवि होती हैं। विकास के तीन चक्रों में से प्रत्येक में दोहराए गए, स्व-समान पैटर्न द्वारा विकास की भग्न प्रकृति को और अधिक निहित किया गया है।