วิวัฒนาการเศษส่วน

วิวัฒนาการโดย BITs and Pieces: บทนำสู่ Fractal Evolution

ขอบเขตของเมมเบรนที่ห่อหุ้มเซลล์ชีวภาพแต่ละเซลล์ประกอบด้วยโครงสร้างพื้นฐานของระบบประมวลผลทางชีวภาพ (ดูบทความ: Cellular Consciousness) ในฐานะโปรเซสเซอร์ตัวรับเมมเบรนของเซลล์จะสแกนสภาพแวดล้อมเพื่อหาสัญญาณ เห็นได้ชัดว่าสภาพแวดล้อมจมอยู่ในสัญญาณ หากสัญญาณทั้งหมดได้ยินสภาพแวดล้อมจะมีเสียงดังรบกวน อย่างไรก็ตามความจำเพาะของการรับสัญญาณที่เป็นลักษณะเฉพาะสำหรับ IMP ของตัวรับแต่ละตัวทำให้สามารถแยกแยะสัญญาณเสริมของมันออกจากเสียงรบกวนรอบข้างทั้งหมด ความสามารถของเซลล์ในการคัดกรองข้อมูลที่เป็นประโยชน์ออกจากเสียงรบกวนที่ "วุ่นวาย" นั้นคล้ายกับการทำงานของการแปลงฟูริเยร์ [กระบวนการกรองทางคณิตศาสตร์ซึ่งค้นหาสัญญาณภายในสิ่งที่ดูเหมือนจะเป็นสัญญาณรบกวน] บนอินพุตที่ซับซ้อนเพื่อรับรู้ความถี่เฉพาะเป็นสัญญาณข้อมูล ในขณะที่สภาพแวดล้อมอยู่ในความรู้สึก“ สับสนวุ่นวาย” ด้วย“ สัญญาณ” ที่แสดงออกพร้อมกันนับร้อยนับพันเซลล์สามารถเลือกอ่านเฉพาะสัญญาณที่เกี่ยวข้องกับการดำรงอยู่ของมัน

ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติการทำงานและโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์เซลล์เดียวแต่ละเซลล์ (เช่นอะมีบา) แสดงถึงก ระบบไมโครคอมพิวเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยตัวเอง. เช่นเดียวกับในคอมพิวเตอร์ดิจิทัลความสามารถในการจัดการพลังงานหรือข้อมูลของคอมพิวเตอร์ "เซลลูลาร์" จะพิจารณาจากจำนวน BIT ที่สามารถจัดการได้ ในคอมพิวเตอร์ BIT คือเกต / แชนเนลคอมเพล็กซ์ในตัวประมวลผลเมมเบรน BITs จะแสดงโดยคอมเพล็กซ์ตัวรับ / เอฟเฟกต์ โมเลกุล IMP ที่ประกอบด้วย BIT ของเซลล์ได้กำหนดพารามิเตอร์ทางกายภาพดังนั้นจึงสามารถ "วัดได้"

ขนาดของโปรตีน IMP มีค่าใกล้เคียงกับความหนาของเมมเบรน เนื่องจาก IMPs ตามคำจำกัดความอยู่ภายใน bilayer ของเมมเบรนโปรตีนจึงสามารถจัดเรียงเป็น monolayer ได้เท่านั้น (หมายความว่า IMP ไม่สามารถซ้อนทับกันได้) ในการใช้คำเปรียบเทียบขนมปังกับเนยและแซนวิชมะกอกมีเพียงมะกอกจำนวนมากเท่านั้นที่สามารถวางบนขนมปังได้ การที่จะมีมะกอกมากขึ้นในแซนวิชต้องใช้ขนมปังชิ้นใหญ่กว่า เช่นเดียวกับการเพิ่มจำนวนหน่วยการรับรู้ - IMP ในเมมเบรน: ยิ่ง IMPs มากเท่าไหร่ก็ยิ่งต้องใช้พื้นที่ผิวของเมมเบรนมากขึ้น ความสามารถในการประมวลผลข้อมูลของเซลล์ (แสดงในจำนวนโปรตีนการรับรู้) เชื่อมโยงโดยตรงกับพื้นที่ผิวของเมมเบรน

ประเด็นที่ลึกซึ้งของวาทกรรมนี้ ... การรับรู้ทางชีวภาพเป็นคุณสมบัติที่วัดได้และเป็น มีความสัมพันธ์โดยตรง กับพื้นที่ผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้นพลังการคำนวณของเซลล์จึงถูกกำหนดทางกายภาพโดยข้อ จำกัด ที่กำหนดไว้ในขนาดของเซลล์

พื้นที่ปลูก ระยะแรกของวิวัฒนาการ ของสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาและการปรับแต่งของ 'ชิป' คอมพิวเตอร์ชีวภาพแต่ละตัวซึ่งเป็นแบคทีเรียดึกดำบรรพ์ ขนาดของสิ่งมีชีวิตดั้งเดิมเหล่านี้ถูก จำกัด โดยข้อเท็จจริงที่ว่าพวกมันมีโครงกระดูกด้านนอกที่แข็งซึ่งได้มาจากโพลีแซ็กคาไรด์ของไกลโคคาลิกซ์ เมทริกซ์ที่เกิดจากการเชื่อมโยงข้ามโมเลกุลของน้ำตาลใน "เสื้อคลุม" นี้ทำให้ "โครงกระดูก" ปกป้องเซลล์ที่เรียกว่าแคปซูล แคปซูลรองรับและปกป้องเยื่อบาง ๆ ของเซลล์จากการแตกภายใต้แรงดันออสโมติก

ความดันออสโมติกเป็นแรงที่เกิดจากความต้องการของน้ำที่จะเคลื่อนผ่านเมมเบรนเพื่อ "สมดุล" ความเข้มข้นของอนุภาคในแต่ละด้านของแผ่นกั้นเมมเบรน ไซโทพลาสซึมของเซลล์เต็มไปด้วยอนุภาคเมื่อเทียบกับน้ำที่เซลล์อาศัยอยู่ น้ำจากสิ่งแวดล้อมภายนอกจะผ่านเมมเบรนเพื่อเจือจางความเข้มข้นของอนุภาคไซโตพลาสซึม เซลล์จะพองตัวด้วยน้ำและความดันจะทำให้ bilayer เมมเบรนที่บอบบางแตกออกและฆ่าเซลล์ โครงกระดูกภายนอกของไกลโคคาลิกซ์ต่อต้านแรงดันออสโมติกที่คุกคามถึงชีวิต

แบคทีเรียมีคุณสมบัติเทียบเท่าเซลล์ของสัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง (สัตว์ที่ไม่มีโครงกระดูกรองรับภายใน (เช่นหอยแมลงปลาเยลลี่) ในขณะที่โครงกระดูกปกป้องแบคทีเรียลักษณะที่แข็งของมันก็ จำกัด เช่นกันขนาดเซลล์ของแบคทีเรียถูก จำกัด โดยภายนอก แคปซูลข้อ จำกัด ด้านขนาดจะ จำกัด จำนวนเมมเบรนที่เซลล์สามารถมีได้พื้นที่ผิวของเมมเบรนเป็นสัดส่วนกับการรับรู้โดยขึ้นอยู่กับจำนวน IMP ที่สามารถบรรจุได้แคปซูลแบคทีเรียจะ จำกัด วิวัฒนาการของเซลล์เนื่องจากมีจำนวนหน่วย ของการรับรู้เมมเบรนสามารถมีได้

ในความเป็นจริงพื้นที่ผิวเมมเบรนของแบคทีเรียส่วนใหญ่ใช้เพื่อเป็นที่ตั้งของอิมพ์คอมเพล็กซ์ที่จำเป็นสำหรับการอยู่รอดของเซลล์ อย่างไรก็ตามแบคทีเรียแต่ละชนิดยังสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับ“ สัญญาณ” ด้านสิ่งแวดล้อมเพิ่มเติมอีกหกชนิด ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียอาจได้รับความสามารถในการต่อต้านยาปฏิชีวนะที่นำเข้าสู่สิ่งแวดล้อม ทำได้โดยการสร้างตัวรับพื้นผิวที่จับและยับยั้งโมเลกุลของยาปฏิชีวนะ ตัวรับใหม่โดยพื้นฐานแล้วเทียบเท่ากับโปรตีน“ แอนติบอดี” ที่เซลล์ภูมิคุ้มกันของเราสร้างขึ้นเพื่อต่อต้านแอนติเจนที่รุกราน

การสร้างตัวรับใหม่โดยความหมายโดยนัยว่าจะต้องมียีนใหม่ที่สร้างขึ้นเพื่อจำรหัสกรดอะมิโนสำหรับโปรตีนนั้น ในแบคทีเรีย“ ใหม่” เหล่านี้ หน่วยความจำ ยีนมีลักษณะเป็นวงกลมเล็ก ๆ ของดีเอ็นเอที่เรียกว่าพลาสมิด พลาสมิดไม่ได้ยึดติดกับโครโมโซมที่ให้พันธุกรรมของเซลล์และลอยได้อย่างอิสระในไซโทพลาสซึม แบคทีเรียสามารถสร้างได้โดยเฉลี่ยประมาณหกตัว ต่าง พลาสมิดแต่ละอันได้มาจาก“ ประสบการณ์” การเรียนรู้ที่ไม่เหมือนใคร ข้อ จำกัด เกี่ยวกับจำนวนพลาสมิดที่เซลล์มีอยู่ไม่ได้เกิดจากการไม่สามารถสร้างดีเอ็นเอได้ สำหรับแบคทีเรียสามารถทำสำเนาพลาสมิดแต่ละตัวได้หลายพันชุด ข้อ จำกัด ต้องเกี่ยวข้องกับข้อเท็จจริงที่ว่าคอมเพล็กซ์การรับรู้โปรตีน“ ใหม่” แต่ละหน่วยต้องการหน่วยของพื้นที่ผิวเพื่อแสดงหน้าที่ของมัน การไม่สามารถขยายเมมเบรน (เช่นพื้นที่ผิว) จะจำกัดความสามารถของแบคทีเรียในการรับรู้ใหม่ (การรับรู้)

ความตระหนักรู้มากขึ้นความสามารถในการอยู่รอดมากขึ้น ข้อ จำกัด สำหรับแต่ละบุคคลที่เพิ่มการรับรู้ทำให้แบคทีเรียที่อาศัยอยู่ในชุมชนที่เชื่อมโยงกันอย่างหลวม ๆ หากแบคทีเรียแต่ละตัวสามารถ "เรียนรู้" ข้อเท็จจริง 600 ประการเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมแบคทีเรียมากกว่าร้อยชนิดจะสามารถรับรู้ข้อเท็จจริง XNUMX ข้อได้ แบคทีเรียได้พัฒนากลไกในการถ่ายโอนสำเนาของพลาสมิดไปยังแบคทีเรียอื่น ๆ ในชุมชน โดยการถ่ายโอนสำเนาของดีเอ็นเอที่ "เรียนรู้" ของพวกเขาพวกเขาแบ่งปัน "การรับรู้" กับชุมชน แบคทีเรียสามารถถ่ายโอนพลาสมิดไปยังบุคคลอื่นได้ แบคทีเรียผู้รับสามารถใช้ "การรับรู้" ของพลาสมิดที่บริจาคในช่วงชีวิตของมัน แต่โดยทั่วไปไม่สามารถส่งสำเนาของพลาสมิดไปยังลูกหลานของเซลล์ลูกสาวได้

แบคทีเรียมีโครงร่างคล้ายงวงที่ยื่นออกมาจากผิวด้านนอกเรียกว่าพิลี เมื่อพิลีจากแบคทีเรียสองตัวสัมผัสกันเยื่อพิลัสจะหลอมรวมกันชั่วขณะโดยรวมไซโทพลาสซึมของเซลล์ทั้งสองเข้าด้วยกัน ในช่วงเวลาของการหลอมรวมแบคทีเรียทั้งสองสามารถแลกเปลี่ยนสำเนาของพลาสมิดได้ แบคทีเรียยังสามารถพันดีเอ็นเอที่ลอยอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้ดังนั้นพลาสมิดที่ปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมอาจเกิดขึ้นเมื่อเซลล์ตายและไซโทพลาสซึมของมันรั่วไหลออกไปอาจถูกเซลล์อื่นขับไล่ อย่างไรก็ตามสภาพแวดล้อมนั้นยากที่ดีเอ็นเอที่ลอยน้ำอิสระและพลาสมิดจะสลายตัวได้ง่าย วิธีที่สามที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการกระจายพลาสมิด“ การรับรู้” เกิดขึ้นเมื่อแบคทีเรียเรียนรู้วิธีบรรจุดีเอ็นเอของพลาสมิดไว้ในเปลือกหุ้มโปรตีนป้องกันการสร้างไวรัส ไวรัสมี“ ข้อมูล” ที่ปล่อยไปยังเซลล์อื่น ๆ ในสิ่งแวดล้อม ไวรัสบางชนิดจะฆ่าเซลล์ที่มารับมันในขณะที่ไวรัสอื่น ๆ จะปกป้องเซลล์ที่มัน "ติดเชื้อ" บางครั้ง“ ข้อมูล” เป็นสิ่งยืนยันชีวิตบางครั้งก็เป็นอันตรายถึงชีวิต

ชุมชนแบคทีเรียได้พัฒนาวิธีการเพิ่มความอยู่รอดโดยการใช้เมทริกซ์นอกเซลล์โพลีแซ็กคาไรด์เพื่อห่อหุ้มเซลล์ทั้งหมดในชุมชนและ“ ปกป้อง” จากการทำลายล้างของสภาพแวดล้อมในป่า แบคทีเรียแต่ละตัวสามารถเคลื่อนที่ผ่านช่อง "ชลประทาน" ภายในเมทริกซ์ ช่องทางนี้ยังอนุญาตให้มีการสื่อสารของวัสดุนอกเซลล์และโมเลกุลข้อมูลซึ่งทำให้เกิดการบูรณาการร่วมกันระหว่างสมาชิกทุกคนในชุมชน ชุมชนเซลล์อาจมีแบคทีเรียหลากหลายสายพันธุ์ ตัวอย่างเช่นแบคทีเรียรูปแบบไม่ใช้ออกซิเจนที่กลัวออกซิเจนสามารถอาศัยอยู่ที่ด้านล่างของชุมชนในขณะที่แบคทีเรียแอโรบิกที่รักออกซิเจนมีอยู่ในระดับบนของชุมชนเดียวกัน แบคทีเรียภายในชุมชนสามารถแลกเปลี่ยนดีเอ็นเอของพวกมันได้อย่างง่ายดายและด้วยเหตุนี้จึงช่วยให้พลเมืองของเซลล์ได้รับฟังก์ชันพิเศษที่แตกต่างออกไป

ชุมชนแบคทีเรียที่ห่อหุ้มด้วยเมทริกซ์เหล่านี้เรียกว่าไบโอฟิล์ม (ดูภาพประกอบด้านล่าง) ไบโอฟิล์มมีความสำคัญมากเนื่องจากปัจจุบันได้รับการยอมรับว่าปกป้องชุมชนแบคทีเรียจากยาปฏิชีวนะ แบคทีเรียที่ก่อตัวเป็นโพรงฟันเป็นชุมชนไบโอฟิล์มซึ่งต่อต้านความพยายามของเราที่จะกัดเซาะออกจากฟันของเรา ลักษณะการต้านทานและการป้องกันของฟิล์มชีวภาพทำให้ชุมชนเหล่านี้เป็นสิ่งมีชีวิตกลุ่มแรกที่ออกจากมหาสมุทรและอาศัยอยู่บนบก

หลายปีที่ผ่านมาลินน์มาร์คูลิสนักชีววิทยาได้ก่อตั้งแนวคิดที่ว่าไมโตคอนเดรียเป็นสิ่งมีชีวิตที่มีลักษณะคล้ายแบคทีเรียที่บุกรุกไซโตพลาสซึมของเซลล์ที่มีนิวเคลียสขั้นสูงกว่าที่เรียกว่ายูคาริโอต ในตอนแรกความคิดของเธอถูกเยาะเย้ยจากสถานประกอบการ แต่ในช่วงหลายปีที่ผ่านมาความคิดนี้ได้กลายเป็นความเชื่อที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลาย สิ่งที่น่าสนใจคือความเข้าใจเกี่ยวกับธรรมชาติของแบคทีเรียในฟิล์มชีวะนำเสนอการตีความอีกแบบหนึ่ง

บอร์ดด้านซ้ายแสดงตัวอย่างฟิล์มชีวภาพในปอดของมนุษย์ กลุ่มแบคทีเรีย pseudomonas ที่ติดเชื้อถูกห่อหุ้มด้วยเมทริกซ์นอกเซลล์ที่ย้อมสีเข้ม (ดูลูกศร) ซึ่งประกอบด้วยฟิล์มไบโอฟิล์ม การห่อหุ้มภายในเมทริกซ์ช่วยปกป้องแบคทีเรียจากความพยายามของระบบภูมิคุ้มกันในการทำลายพวกมัน เมทริกซ์ที่ทำจากคาร์โบไฮเดรตเป็นหลักยังสามารถมีโปรตีนในกล้ามเนื้อแอกตินและไมโอซินซึ่งพบว่าเกาะติดกับพื้นผิวด้านนอกของแบคทีเรียบางชนิด โปรตีนแอกตินภายนอกและไมโอซินช่วยให้แบคทีเรียสามารถเคลื่อนที่ภายในเมทริกซ์ของฟิล์มได้

บอร์ดทางด้านขวาเป็นภาพเดียวกัน แต่มี "เมมเบรน" วาดรอบขอบฟิล์ม เมมเบรนรอบ ๆ ฟิล์มจะช่วยให้ชุมชนแบคทีเรียสามารถควบคุมองค์ประกอบและลักษณะของสภาพแวดล้อมได้อย่างละเอียดซึ่งเป็นการพัฒนาที่จำเป็นที่จะช่วยเพิ่มความอยู่รอดของพวกมัน ภาพยนตร์ที่ดัดแปลงนี้มีลักษณะคล้ายกับกายวิภาคของเซลล์วิทยาของเซลล์ยูคาริโอตที่มีวิวัฒนาการขั้นสูง ในกรณีนี้แบคทีเรียจะเป็นตัวแทนของออร์แกเนลล์ของเซลล์และเมทริกซ์ของฟิล์มจะเป็นตัวแทนของไซโตพลาสซึมที่อุดมด้วยเซลล์โครงกระดูกระหว่างออร์แกเนลล์ ที่น่าสนใจคือไซโทพลาซึมของยูคาริโอตมีส่วนประกอบโครงสร้างหลายอย่างที่เป็นลักษณะของเมทริกซ์ของฟิล์มชีวภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งของแอกตินและไมโอซินซึ่งทำให้แบคทีเรียสามารถเคลื่อนที่ในฟิล์มได้ในลักษณะเดียวกับที่ออร์แกเนลล์เคลื่อนที่ในไซโทพลาสซึม

ประเด็นของการสนทนานี้คือเซลล์ยูคาริโอตที่ก้าวหน้ากว่าแทนที่จะเป็นเอนทิตีเดี่ยวที่พัฒนาแล้วอาจแสดงถึงวิวัฒนาการของชุมชนแบคทีเรีย เซลล์จะเป็นตัวแทนของชุมชนโปรคาริโอตที่ได้รับการปรับแต่งอย่างละเอียดซึ่งมีความแตกต่างเป็นออร์แกเนลล์ สมมติฐานดังกล่าวสนับสนุนความเชื่อของนักชีววิทยาโรคเยื่อหุ้มปอดซึ่งเป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์กลุ่มเล็ก ๆ แต่แข็งขันที่เชื่อว่าสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กที่เกี่ยวข้องกับโรคอาจเป็นตัวแทนของรูปแบบชีวิตที่เกิดขึ้นซึ่งแตกออกจากเซลล์ที่กำลังจะตาย มีเหตุผล.

โดยไม่คำนึงว่าขั้นตอนที่สองของวิวัฒนาการเห็นจุดกำเนิดของเซลล์ยูคาริโอต (นิวเคลียส) ที่ซับซ้อนกว่า อย่างไรก็ตามการวิวัฒนาการจะหยุดลงเมื่อเซลล์ที่มีนิวเคลียสถึงขนาดที่เฉพาะเจาะจงสูงสุดเนื่องจากมีข้อ จำกัด ทางกายภาพที่กำหนดไว้สำหรับชีวิตของเซลล์ หากเซลล์พยายามขยายพื้นที่ผิวเกินขนาดที่กำหนดเซลล์จะไม่เสถียรเพราะถ้าเกินขนาดที่กำหนดเมมเบรนจะไม่สามารถ จำกัด มวลของไซโทพลาซึมได้ สิ่งนี้จะนำไปสู่การแตกของเมมเบรนและการสูญเสียศักยภาพของเมมเบรน (ซึ่งเซลล์จะดึงพลังงานที่ให้ชีวิตมาใช้) นอกจากนี้หากเซลล์มีเส้นผ่านศูนย์กลางเกินกว่าที่กำหนดกระบวนการแพร่กระจายจะไม่เปิดใช้งานออกซิเจนเพียงพอสำหรับกระบวนการเผาผลาญเพื่อไปถึงส่วนกลางของเซลล์

เป็นผลให้ในประวัติศาสตร์วิวัฒนาการ 3 พันล้านปีแรกมีความเกี่ยวข้องกับลักษณะและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว (แบคทีเรียสาหร่ายโปรโตซัว) มันเป็นต้นกำเนิดของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ที่เป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการขยายพื้นที่ผิวของเยื่อหุ้มเซลล์ (เช่นศักยภาพในการรับรู้) นอกเหนือจากข้อ จำกัด ของสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว ดังนั้นในระยะที่สามของวิวัฒนาการการเพิ่มขึ้นของพลัง "คอมพิวเตอร์" ทางชีวภาพ (การรับรู้) เป็นผลมาจากกระบวนการเดียวกันในการจัดระเบียบให้เป็นชุมชนที่มีลำดับสูงขึ้น แทนที่จะเพิ่มการรับรู้เกี่ยวกับเซลล์ยูคาริโอตแต่ละเซลล์ระยะที่สามของวิวัฒนาการเกี่ยวข้องกับการสั่งซื้อ 'ชิป' ของเซลล์ยูคาริโอตแต่ละตัวในส่วนประกอบแบบโต้ตอบ

วิวัฒนาการแบบ "แบ่งเป็นระยะ" นี้มีลักษณะคล้ายกับที่เกิดขึ้นในอุตสาหกรรมคอมพิวเตอร์ Texas Instruments พัฒนาชิป ชิปส่วนบุคคลเป็นหัวใจสำคัญของเครื่องคิดเลขง่ายๆ อย่างไรก็ตามเมื่อชิปจำนวนมากถูกรวมเข้าด้วยกันและต่อสายเข้าด้วยกันพวกเขาก็มีให้สำหรับคอมพิวเตอร์ เมื่อคอมพิวเตอร์แต่ละเครื่องถึงกำลังสูงสุดซูเปอร์คอมพิวเตอร์ถูกสร้างขึ้นโดยการประกอบคอมพิวเตอร์หลายเครื่องเข้ากับ "ชุมชน" ที่มีการประมวลผลแบบขนาน ความสัมพันธ์ของแบคทีเรียกับเซลล์ยูคาริโอตนั้นเท่ากับความสัมพันธ์ของชิปกับคอมพิวเตอร์ ความสัมพันธ์ของเซลล์ยูคาริโอตกับสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์นั้นเหมือนกับความสัมพันธ์ของคอมพิวเตอร์แต่ละตัวที่มีต่อทั้งหมดในเครือข่ายการประมวลผลแบบขนาน

ในคอมพิวเตอร์ "กำลัง" ของเครื่องจะวัดเป็นความสามารถในการจัดการ BIT ในสิ่งมีชีวิตทางชีววิทยาศักยภาพของ "การรับรู้" จะสะท้อนให้เห็นในจำนวนและความหลากหลายของคอมเพล็กซ์ IMP แบบบูรณาการ เนื่องจากปริมาณของ IMP เชื่อมโยงโดยตรงกับ“ พื้นที่ผิว” การรับรู้จึงกลายเป็นปัจจัยหนึ่งของพื้นผิวเมมเบรนที่ใช้ร่วมกันในสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์

พิจารณาความสัมพันธ์ของพื้นที่ผิวในเรื่องวิวัฒนาการของสมองของสัตว์มีกระดูกสันหลัง สมองของสัตว์มีกระดูกสันหลังชนิดแรกมีขนาดเล็กทรงกลมเรียบ เมื่อก้าวขึ้นสู่บันไดวิวัฒนาการสมองจะมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีพื้นที่ผิวมากขึ้นในเวลาต่อมาจากการขยายตัวของพื้นผิวของสมองที่ก่อให้เกิดลักษณะ sulci (ร่อง) และ gyri (เท่า) ของสมองขั้นสูง สิ่งที่น่าสนใจคือเมื่อพิจารณาการรับรู้ในแง่ของผิวสมองมนุษย์อยู่ในอันดับที่สองเนื่องจากสมองของปลาโลมาและปลาโลมามีพื้นที่ผิวที่กว้างกว่า

มีการเสนอว่าคล้ายกับโปรโตซัวเซลล์เดียวมนุษย์เป็นตัวแทนของจุดสิ้นสุดวิวัฒนาการอีกขั้นซึ่งเป็นระดับสูงสุดของการพัฒนาสำหรับโครงสร้างทางชีววิทยาหลายเซลล์ ในชุดของเหตุการณ์ที่ซ้ำซ้อนกับเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นในสองวัฏจักรของวิวัฒนาการก่อนหน้านี้วิวัฒนาการของมนุษย์ดำเนินต่อไปโดยผ่านกระบวนการประกอบและการรวมตัวกันของบุคคลเข้าเป็นชุมชน "เซลล์" ในชุมชนนี้เรียกว่ามนุษยชาติบทบาทของแต่ละคนคล้ายคลึงกับสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวในโครงสร้างของมนุษย์ ในมุมมองทั่วโลกของโลกในฐานะสิ่งมีชีวิต (Gaia) มนุษย์เป็นสิ่งที่เทียบเท่า IMP ในเมมเบรนพื้นผิวของโลก มนุษย์ในฐานะตัวรับและเอฟเฟกต์รวบรวมและรวมเข้าเป็นเครือข่ายที่มีลวดลาย (ชุมชน) ในซองจดหมายของโลกซึ่งพวกเขาได้รับ "สัญญาณ" ด้านสิ่งแวดล้อมและทำหน้าที่เป็นกลไกการสลับของประตูเมมเบรนของดาวเคราะห์

การศึกษาเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าวิวัฒนาการในอดีตและอนาคตสามารถสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ได้ในโครงสร้างและรายละเอียดของเยื่อหุ้มเซลล์ วิธีที่ดีที่สุดในการจัดพื้นที่ผิวเมมเบรนสองมิติให้เป็นพื้นที่เซลล์สามมิติคือการใช้เรขาคณิตเศษส่วน

ในธรรมชาติโครงสร้างอนินทรีย์และอินทรีย์ส่วนใหญ่มีรูปแบบที่ "ไม่สม่ำเสมอ" อย่างไรก็ตามภายในความสับสนวุ่นวายที่เห็นได้ชัดของความผิดปกติเราพบว่าโครงสร้างที่ผิดปกตินั้นเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำอีก“ เป็นประจำ” (กล่าวคือแสดงรูปแบบของคำสั่ง) ตัวอย่างเช่นรูปแบบการแตกกิ่งก้านของต้นไม้มักจะเป็นรูปแบบเดียวกับการแตกกิ่งก้านที่สังเกตเห็นบนลำต้นของต้นไม้ รูปแบบการแตกแขนงของแม่น้ำสายหลักนั้นเหมือนกับรูปแบบของการแตกแขนงที่สังเกตได้ตามลำน้ำสาขาที่เล็กกว่า รูปแบบของกิ่งก้านตามหลอดลมเป็นการย้ำรูปแบบของทางเดินหายใจกิ่งตามหลอดลมที่เล็กที่สุด ภาพที่คล้ายกันของรูปแบบการแตกแขนงซ้ำ ๆ ในร่างกายเผยให้เห็นในหลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำและระบบประสาทส่วนปลาย

Benoit Mandelbrot นักคณิตศาสตร์ชาวฝรั่งเศสเป็นคนแรกที่รับรู้ว่ารูปทรงเรขาคณิตของวัตถุหลายอย่างในธรรมชาติเผยให้เห็นรูปแบบที่คล้ายกันโดยไม่คำนึงถึงมาตราส่วนที่ตรวจสอบ ยิ่งคุณขยายภาพมากเท่าไหร่โครงสร้างก็จะยิ่งเหมือนกันมากขึ้นเท่านั้น Mandelbrot นำคำว่า "คล้ายตัวเอง" มาใช้เพื่ออธิบายวัตถุดังกล่าว “ ในปีพ. ศ. 1975 Mandelbrot ได้บัญญัติคำว่า Fractal เป็นฉลากที่สะดวกสำหรับรูปทรงที่คล้ายตัวเองที่ผิดปกติและกระจัดกระจาย

คณิตศาสตร์ของเศษส่วนนั้นเรียบง่ายอย่างน่าอัศจรรย์เนื่องจากประกอบด้วย "การดำเนินการ" ของการบวกและการคูณซ้ำ ๆ ในกระบวนการผลลัพธ์ของการดำเนินการหนึ่งจะถูกใช้เป็นอินพุตสำหรับการดำเนินการในภายหลัง ผลลัพธ์ของการดำเนินการนั้นจะถูกใช้เป็นอินพุตสำหรับการดำเนินการถัดไปและอื่น ๆ ในทางคณิตศาสตร์ "การดำเนินการ" ทั้งหมดใช้สูตรเดียวกันทั้งหมดอย่างไรก็ตามต้องทำซ้ำหลายล้านครั้งเพื่อให้ได้คำตอบ แรงงานและเวลาที่ต้องใช้ในการสร้างสมการเศษส่วนทำให้นักคณิตศาสตร์ไม่สามารถรับรู้ถึง "พลัง" ของ Fractal Geometry จนกระทั่งการถือกำเนิดของคอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังทำให้ Benoit Mandelbrot สามารถกำหนดคณิตศาสตร์ใหม่นี้ได้

ในเรขาคณิตคลาสสิกจุดเส้นพื้นที่ผิวและโครงสร้างลูกบาศก์ทั้งหมดแสดงถึงมิติที่แสดงเป็นจำนวนเต็ม 0-, 1-, 2- และ 3 มิติตามลำดับ เรขาคณิตเศษส่วนถูกนำมาใช้เพื่อสร้างแบบจำลองภาพที่มี "ระหว่างมิติ" มากขึ้น ตัวอย่างเช่นเส้นโค้งคือวัตถุ 1 มิติ ในแฟร็กทัลเส้นโค้งสามารถซิกแซกได้มากจนใกล้จะเติมระนาบ ถ้าส่วนโค้งของเส้นค่อนข้างเรียบง่ายแสดงว่าใกล้เคียงกับมิติ 1 ถ้าเส้นโค้งแน่นมากจนเต็มช่องว่างเส้นจะเข้าใกล้ 2 มิติ เรขาคณิตเศษส่วนเติมในช่องว่างระหว่างมิติจำนวนเต็ม

ลักษณะโครงสร้างของแฟร็กทัลนั้นค่อนข้างง่ายที่จะเข้าใจ: แฟร็กทัลแสดงรูปแบบที่ย้ำของ "โครงสร้าง" ที่ซ้อนกันอยู่ภายใน โครงสร้างที่เล็กกว่าแต่ละโครงสร้างเป็นแบบย่อส่วน แต่ไม่จำเป็นต้องเป็นแบบฟอร์มขนาดใหญ่ที่แน่นอน คณิตศาสตร์เศษส่วนเน้นความสัมพันธ์ระหว่างรูปแบบที่เห็นในภาพรวมและรูปแบบที่เห็นในบางส่วนของทั้งหมดนั้น ตัวอย่างเช่นรูปแบบของกิ่งไม้บนกิ่งคล้ายกับรูปแบบของแขนขาที่แตกแขนงออกจากลำต้น วัตถุเศษส่วนสามารถแสดงโดย "กล่อง" ภายใน "กล่อง" ภายใน "กล่อง" ภายใน "กล่อง" เป็นต้นหากมีใครทราบพารามิเตอร์ของ "กล่อง" รายการแรกระบบจะให้ค่าพื้นฐานโดยอัตโนมัติ รูปแบบที่แสดงลักษณะของ "กล่อง" อื่น ๆ ทั้งหมด (ใหญ่ขึ้นหรือเล็กลง)

ตามที่อธิบายไว้ในบทความ Mathematics of Human Life โดย W. Allman (อ้างถึงในส่วนอ้างอิง)“ การศึกษาทางคณิตศาสตร์ของเศษส่วนเผยให้เห็นว่าโครงสร้างที่แตกกิ่งก้านสาขาภายในของเศษส่วนเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการได้รับพื้นที่ผิวมากที่สุดภายในสาม - พื้นที่มิติ….” ในขณะที่ในความเป็นจริงเยื่อหุ้มเซลล์เป็นวัตถุ 3 มิติ แต่ bilayer โมเลกุลของมันมีความหนาคงที่และสม่ำเสมอ ด้วยเหตุนี้ความหนาของเมมเบรนจึงถูกละเลยและเมมเบรนสามารถจำลองเป็นโครงสร้าง "พื้นที่ผิว" แบบ 2 มิติได้ เนื่องจากวิวัฒนาการเป็นการสร้างแบบจำลองของการรับรู้ของเมมเบรน (เกี่ยวข้องกับพื้นที่ผิวของมัน) ประสิทธิภาพของการสร้างแบบจำลองที่มาจากเรขาคณิตเศษส่วนจึงน่าจะสะท้อนให้เห็นถึงสิ่งที่ธรรมชาติเลือก

ประเด็นคืออย่าจมอยู่กับคณิตศาสตร์ของการสร้างแบบจำลอง ประเด็นก็คือแบบจำลองเศษส่วนคาดการณ์ว่าวิวัฒนาการจะเป็นไปตามรูปแบบที่เน้นย้ำของ "โครงสร้าง" ที่ซ้อนอยู่ภายในซึ่งกันและกัน! โดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากเกี่ยวข้องกับแนวคิดของวิวัฒนาการเศษส่วน“ รูปแบบของทั้งหมดนั้นเห็นได้จากส่วนต่างๆของทั้งหมด” ซึ่งหมายความว่ารูปแบบของมนุษย์นั้นสามารถมองเห็นได้ในส่วนต่างๆ (เซลล์) ของมนุษย์ หากมีใครทราบถึงรูปแบบที่เซลล์ถูกจัดระเบียบตามหน้าที่จะมีการให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับการจัดระเบียบของมนุษย์มากกว่าหนึ่งเซลล์ด้วย ลองพิจารณาสิ่งนี้: ภาพเศษส่วนของโครงสร้างขนาดเล็กเป็นภาพขนาดเล็กของภาพรวมที่มีขนาดใหญ่กว่า ดังนั้นในขณะที่โครงสร้างของมนุษย์เป็นภาพเซลล์ของตัวเองที่มีลักษณะคล้ายกัน แต่โครงสร้างของอารยธรรมมนุษย์ก็จะแสดงโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันของมนุษย์ที่เป็นส่วนประกอบของมัน!

มนุษย์เป็นภาพเศษส่วนของสังคมเซลล์เป็นภาพเศษส่วนของมนุษย์ ในความเป็นจริงเซลล์เป็นภาพเศษส่วนของสังคมเช่นกัน ลักษณะเศษส่วนของวิวัฒนาการยังมีนัยต่อไปอีกด้วยรูปแบบที่ย้ำคิดย้ำทำในตัวเองที่สังเกตได้ในแต่ละวัฏจักรของวิวัฒนาการทั้งสามรอบ