الاتصالات هي عملية تبادل معلومات (استلام ومعالجة وإرسال) بين منظومتين أو أكثر بضمنها البيئة. من خواص الخلايا والكائنات الحية القدرة على التحسس. ويُعرف هذا النوع من التحسس على أنه إمكانية فسلجية على استلام المعلومات وتحليلها أو إدراكها اعتمادًا على الذاكرة، وتؤدّي إلى استجابة أو سلوك مناسب. هذه المعلومات (علامات أو إشارات) يمكن أن تكون ذات طبيعة فيزيائية (ضوء، إشعاع حرارة، ضغط، جاذبية، مجال كهربائي أو مغناطيسي) أو كيميائية (غازات، مواد غذائية، سموم، هرمونات، وغيرها) من مصادر أحيائية أو غير أحيائية. هذه الظاهرة موجودة في جميع الأحياء الخلوية بمستويات تعقيد مختلفة. كما تصدر عن الخلايا والكائنات الحية علامات وإشارات مماثلة. هذا هو أساس الاتصالات الحيوية ضمن الخلية وبين الخلايا والأنسجة والأعضاء والكائنات الحية.

تم استعراض الاتصالات الحيوية في البكتيريا والفطريات والنباتات من قبل Witzany (2010)؛ فالاتصالات الحيوية يمكن أن تكون ضمن الفرد نفسه (داخلية)، بين الأفراد ضمن النوع نفسه أو الأنواع القريبة، بين أفراد تابعين لأنواع غير قريبة أو تلك التي تتبع ممالك تصنيفية مختلفة.

حسب (1990) Conrad فإن الخلايا الحية لها كفاءة على معالجة المعلومات أعلى من الحواسيب المبرمجة المستخدمة في نمذجتها. وتؤكد الدلائل العامة على أن المنظومات التي تعمل فيها الظواهر الكمومية تكون أكثر قدرةً من مشابهاتها، التي تعمل بحركيات الفيزياء التقليدية. وبين الباحث باستخدام نموذج افتراضي اشتمل على جزيئات ضخمة ذاتية التركيب لتوضيح كيف أن التوازي الذي تعمل به دالة الموجة الكمومية، يمكن أن يلعب دورًا في معالجة الأنماط الخلوية؛ فالإشارات التي تصطدم بغشاء الخلية الخارجي تقدح تحرير جزيئاتٍ ضخمة خصوصية التشكُل. وهذه تتجمَّع بشكل فسيفساء يعكس مجاميع مختلفة من أنماط الإشارات المدخلة. وهذه بدورها تقرأ وتحرّك جزيئات مؤثرة. وهكذا  فإن إشارات العالم الكبير (البيئة) تحوّلت إلى تمثُلاتٍ وسطية ثم مجهرية وتُعالج مجهريًّا ثم تُكبر إلى فعل كبير.

شكل 8-3: خلايا البكتيريا Bacillus megaterium في مستعمرة مصورة بالمجهر الإلكتروني الماسح x2000. عن Science Photo Library/Alamy Stock
Photo.

تتألف أجسام معظم الأحياء كالكثير من أنواع الطحالب والفطريات الخيطية والنباتات والحيوانات، من أعداد كبيرة من الخلايا المتشابهة أو المختلفة المتجاورة المرتبطة ببعضها. غير أن أجسام بعض المجاميع من الأحياء الأخرى مثل البكتيريا والأركيا والخمائر والحيوانات الابتدائية وبعض أنواع الطحالب تتألف من خلايا مفردة، إلا أنها تعيش في مجموعات متقاربة أو بشكل مستعمرات من خلايا مزدحمة تتصل فيزيائيا ببعضها كما في الخمائر والأركيا والبكتيريا شكل (8-3). كما أن معظم الخمائر والبكتيريا التي تعيش في البيئات السائلة تُشكّل تراكيب مجتمعية على السطوح المعرضة للسائل تتألف من  خلايا متجاورة مكتظة وتُحيط نفسها بمواد تعزلها عن البيئة السائلة، وتُعرف بالغشاء الحيوي (Biofilm) (شكل 8-4).

شكل 8-4: رسم تخطيطي لعملية بناء الغشاء الحيوي. عن: Current Biology.

يُوفِّر الغشاء الحيوي الحماية الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للأحياء الدقيقة؛ يسمح بمرور المواد الكيميائية الضارة ويُجنّبها الافتراس. مع الوقت يزداد عدد الخلايا داخل الغشاء الحيوي، ويقوم بتصدير جزء من خلاياه إلى البيئة، وبذلك يعمل كوسيلة للبقاء. إن تكوين الغشاء الحيوي يتطلب وجود اتصالات خلوية تكون بشكل جزيئات إشارية بين الخلايا المختلفة، وهو ما يُعرف بنظام التحسس الجمعي Sensing) Quorum).

والمثير للدهشة فعلا ما كشفته الأبحاث الحديثة لأول مرة عن استخدام الفايروسات البكتيرية phi3T وSPbeta والتي تُصيب البكتيريا العصوية، لنظام التحسس الجمعي الذي سُمِّي Arbitrium لغرض دخول هذه الفايروسات في الدورة التحليلية (cycle (Lytic أو الدورة التحليلية (Lysogenic cycle) عند إصابة الخلايا البكتيرية (Erez 2017 .et al). ونظام التحسس الجمعي هنا هو وسيلة اتصال جزيئية ما بين جسيمات الفايروس لغرض تنظيم دورة الحياة (2019 Zhen et al). تعتمد آلية التخاطب المذكورة بين جسيمات الفايروس البكتيري على ببتيداتٍ صغيرة سداسية الحامض الأميني SAIRGA و GMPRGA لتقرير أي الدورتين سيتم اعتمادها (2018 ,.Dou et al). وتم الكشف عن الأُسس الجزيئية لنظام التحسس الجمعي Arbitrium وآليات عمله في الفايروسات (2019 ,.del Sol et al., 2019; Guan et al).

وحسب (2017) Sanders فإن الفيزياء التقليدية وميكانيك الكم يمكن أن يعملا في الاتصالات الخلوية. وكل خلية حية «تُخاطِب» الخلايا الأخرى بدقة فائقة، للحفاظ على التزامن ووحدة الهدف والحياة. وكما ذكرنا سابقًا فإن الخلايا تتعامل مع العديد من المواد الكيميائية والعوامل الفيزيائية التي تمثل اتصالات حيويةً يمكن تفسيرها على أساس الفيزياء والكيمياء التقليدية، والتي تتم بسرع تُقاس بالملي ثانية (1000 / 1 من الثانية) أو الثواني. وتضم الاتصالات الحيوية أيضًا إشارات كهرومغناطيسية تتسم بالسرعة والتماسك، وتُعالج باستخدام الظواهر الكمومية. إن تبادل المعلومات ضمن الخلية الواحدة وبينها وبين الخلايا القريبة والبعيدة غاية في التعقيد؛ حيث تتعدى ملايين المرات في الثانية الواحدة. هذا يتطلب سرعة فائقةً في الاتصالات تكون بسرعة الضوء كما في الفوتونات الحيوية ((Bio-photons حيث تقطع قُطر الخلية النموذجية خلال 300 إلى 400 فمتوثانية أو أسرع، وحتى فورية في النقل الآني الكمومي (teleportation Quantum).

حسب (2013) Bischof & Giudice حديثًا يُنظَر إلى السلوك الكلي لمجموعة الذرات والجزيئات حسب مفاهيم نظرية المجال الكمومي (Quantum Field Theory) التي تفترض أن إمكانية تكوين الحالات الفيزيائية يعتمد على جميع مكونات التشكيل الذي يسير بنسق معيَّن؛ حيث تتبدى المجالات الكهرومغناطيسية المحتجزة فيه. وهكذا لا تتصرف المكونات الجزيئية للكائن الحي كلٌّ لوحده بطريقة منتشرة، وإنما بحركية كلية تحفظ وحدة الكائن الحي. وحسب ميكانيك الكم فإن كل شيء يتقلب تلقائيا بما فيه المجالات، ودون الحاجة لطاقة خارجية. إن التقلُّبات الكمومية للعديد من الأشياء يمكن أن تتوافق مع أطوارها منتجةً تذبذبًا مشتركًا لكل مكوّنات النَّسَق. وهكذا تدخل المنظومة في حالة تماسك. في هذه الحالة تكون طاقة المنظومة أقل من طاقتها في حالة اللاتماسك. ذلك يرجع إلى التخلُّص من الحركات غير الضرورية التي تزيد من الإنتروبي وتركّز الطاقة على عددٍ أقل من درجات الحرية؛ حيث يمكن استغلال الطاقة لإنجاز شغل. هذه الخاصية للمنظومة المتماسكة تُلبي متطلبات Prigogine للتراكيب المبدّدة للطاقة. وتلبيةً للقانون الثاني للديناميكا الحرارية، يتوجب على المنظومة تحرير طاقة إلى الخارج، وهكذا لكي تكون المنظومة متماسكة يجب أن تكون منظومة مفتوحة مبدّدة للطاقة. المنظومة المتماسكة المكوَّنة من ذرات وجزيئات سيكون لها مجال. بعيد المدى يحفظ تناسق المكوّنات، وهذا سيكون جهدَ المجال الكهرومغناطيسي الذي سينتج المجال الكهرومغناطيسي، الذي يلعب دورًا في الاتصالات البيولوجية.

ثمَّة عدد من الباحثين يعتقدون بأن تعرُّف خلايا النسيج المتشابهة على بعضها، وكذلك تعرف الجزيئات الكبيرة مثل الـ DNA والـ RNA والإنزيم والمادة الأساس والجسم المضاد والمستضد، يتم بواسطة المجال الكهرومغناطيسي.