Спонтанна поява реплікаторів у Штучному житті

Одним із наріжних каменів «Егоїстичного гена» (Докінз) є спонтанне виникнення реплікаторів, тобто молекул, здатних до реплікації.

Чи моделювали це в силіконі в еволюційних / штучних симуляціях життя?

Такі системи, як Avida або Tierra, чітко визначають механізми реплікації; інші генетичні алгоритми / системи генетичного програмування явно шукають механізми реплікації (наприклад, для спрощення універсального конструктора фон Неймана)

Ласкаво посилатися на симуляції, коли реплікатори виходять з первинного цифрового супу, вітаються.

Системний підхід

Давайте поставимо собі за мету повторити систему реального часу $S: \mathcal{X} \Rightarrow \mathcal{Y} \; | \; I$ , де$\mathcal{X}$ являє собою емпірична безперервна історія введення і$\mathcal{Y}$ емпіричної безперервної історії виходу, обумовлений при реальній початковому стані системи$I$ . Виходячи з певного визначення, ми вимагаємо,щоб$S$ був живим.

Ми не можемо змоделювати реплікацію теоретичної моделі життя за допомогою егоїстичного гена чи будь-якого іншого такого атрибута, просто тому, що не існує математично тривалої моделі, на якій могло б базуватися моделювання. Станом на це написання відомо лише натяки та деталі такої моделі.

Крім того, моделі - це математичні уявлення, які протягом історії людства виявляються наближеннями складностей, коли аномалії вирішуються та розробляються нові моделі, щоб включити їх у теорію. ¹

Моделювання грубо визначено

Якщо ми вивчимо загальний алгоритм $\mathcal{A}$ для реплікації $S$ , реплікація може бути приблизно накреслена наступним чином.

• Розрахункова система $S$ , по суті , формуючи гіпотезу $H$ .
• Імітувати початковий стан $I$ .
• Ініціювати ряд дискретних подразників $\mathcal{X}_t$ апроксимується реальну і безперервну $\mathcal{X}$ .
• Acquire в результаті чого поведінка системи $\mathcal{Y}_t$ в вигляді дискретних спостережень $\mathcal{Y}$ .
• Перевірте різницю між імітованою та фактичною системами в межах допустимої помилки $\epsilon$ .

Визначення спонтанного виникнення

Під спонтанним виникненням мається на увазі такий астрономічно великий масив початкових станів і послідовностей подразників, що існує велика ймовірність того, що одна з перестановок буде живою, виходячи з якогось конкретного і розумного визначення того, що живе.

Визначення того, що таке життя

Розглядаючи кілька визначень живих організмів, найбільш розумні визначення включають такі:

• Організм можна відрізнити від його оточення.
• Організм може набувати та зберігати потенційну енергію та матеріали, необхідні для роботи.
• Його діяльність включає постійне придбання, створюючи двосторонній та стійкий зв'язок із оточенням.
• Організм може приблизно розмножуватися.
• Відтворення подібне, але не зовсім схоже на батьків (ів).
• Спосіб отримання енергії та матеріалів може включати споживання інших організмів або його енергії та матеріалів.

Конкуренція за ресурси, природний відбір та всі інші особливості еволюційної теорії є наслідком вищезазначених п'яти вимог. На додаток до цього, не слід відкидати сучасну тенденцію до визнання симбіогенезу загальною темою виникнення видів.

• На реплікацію одного організму може впливати склад іншого організму через форми асиміляції чи симбіозу, так що ознаки передаються різним категоріям організмів.

Штучне життя як моделювання

Ці сім критеріїв становлять виклик для людини, яка намагається штучно породжувати життя. Створити комп'ютерну модель такою, що життя певним чином імітується. Розглянемо як.

• Навколишнє середовище містить віртуальну енергію та віртуальну матерію.
• Модель організму, відмежована від свого оточення, може набувати своїх експлуатаційних потреб з навколишнього середовища через сукупність операцій над ним.
• Матерія та енергія зберігаються через те, що температура набагато нижче ядерних порогів.
• Модель організму дозволяє придбати лише в тому випадку, якщо відбулося достатнє придбання енергії та матеріалів для підтримки кешу.
• Матеріал та енергія, придбані одним організмом, не можуть бути придбані іншим організмом, крім споживання або поглинання організму, який придбав його або виробив його з того, що був придбаний.
• Модель організму може самовідтворюватися таким чином, що стохастичні відмінності в реплікації вводяться в невеликій кількості.
• Оперативна інформація, включаючи інформацію про реплікацію, може бути отримана за допомогою споживання або симбіотичних відносин за деяких умов.

Чарівні гени для спонтанного життя

Зауважте, що егоїстичний ген не згадується вище. Егоїзм, необхідною умовою якого є намір, не є вимогою до життя. Амеба не мислить егоїстично, коли рухається чи їсть. Він діє безглуздо. Ми не повинні антропоморфізувати кожен організм, який ми вивчаємо, або розробляти теорію, засновану на антропоморфних концепціях.

Так само формуються симбіотичні відносини, які не є ні люблячими, ні альтруїстичними. Вони існують через те, що існує взаємна вигода, яка виявилася ненавмисним побічним продуктом звичайних операцій, і обом батькам-симбіотам трапилося передати цей симбіотичний зв’язок зі своїм потомством. Взаємна вигода, симбіоз та реплікація безглузді та ненавмисні.

Не повинно бути механізму управління, який відрізнятиметься від усіх інших повторюваних механізмів для контролю як симбіотичної співпраці, так і конкуренції. Вони теж є природними наслідками живих істот, що поділяють оточення. Чи вмирає організм через це

• Втратив симбіонта,
• Голодує тому, що інші організми споживають його необхідні потреби,
• Організм сам виснажує власні ресурси, або
• Ці необхідні ресурси інакше робляться недоступними,

вона все ще не в змозі повторити, тому її риси вмирають разом із нею.

Зауважте також, що не існує відомої молекули, яка могла б реплікуватися. Для розмноження необхідні складні системи молекул у різних хімічних станах та рівновагах.

Повернення до імітації вже існуючого організму

$S$

$\mathcal{A}$$S$

Відкритість вимагає перевірки, щоб мати заслуги

Найбільш суттєвим обмеженням у здійсненні в кремнійконі є те, що вони ніколи не можуть бути справді відкритими.

У цьому написанні немає можливості повторити те, що було імітовано поза системою моделювання. Поки нанотехнологія не досягне точки, коли 3D-конструкція та збірка можуть мігрувати живі симуляції в неімульований Всесвіт, ці симуляції таким чином закриваються і їх життєздатність у віто не перевірена. Значення відкритого моделювання без будь-якого способу їх перевірки фактично дорівнює нулю, за винятком розваг.

Навіть у просторі цифрового моделювання, наскільки ця технологія прогресувала, нічого навіть близького до універсального конструктора фон Неймана не було досягнуто. Хоча загальні конструктори функціональних копій доступні у схемах, LISP, C ++, Java та пізніших мовах, це є незначним кроком до живих об’єктів на комп'ютерах.

Цифровий суп

$\mathcal{A}$$S$$S$

Проблема з первинним цифровим супом - один із комбінаційних вибухів. На поверхні Землі є 510 мільйонів квадратних км, і можливі лише три категорії строків виникнення життя.

• Нинішні оцінки близькі до правильних, що земля сформувалася 4,54 мільярда років тому, і надзвичайно примітивне життя виникло 3,5 мільярда років тому
• Органічний матеріал, знайдений в Канаді, якому нібито 3,95 мільярда років, скорочує розрив між планетарною формацією та життєдіяльністю на ній та старшим наземним життям.
• Коментар Володимира Вернадського про те, що життя, можливо, існувало на Землі, є більш ніж просто можливістю

$(4.54 - 3.5) \cdot 10^9 \cdot 510 \cdot 10^6$

З діаметром нанобів 20 нм і можливістю, що виникнення може зайняти лише одну секунду, ми повинні моделювати в трьох вимірах протягом часу наступну просторово-часову область в кінцевих елементах, що мають принаймні 50% перекриття у всіх трьох вимірах.

Якщо в Швейцарії розміщено двома поверхами квантового комп'ютера, час обчислень значно перевищив би тривалість середнього виду на землі. Люди, ймовірно, вимерли до завершення розрахунків.

Оскільки датування найдавніших знайдених скам’янілостей сходиться на датуваннях землі, може здатися, що життя зародилося швидко на землі, але це не є логічним висновком. Якщо життя сформувалося, як тільки земля достатньо охолола, і не знайдено доказів безперервного виникнення в інші мільярди років, тоді висновок Вернадського про те, що життя прийшло на землю через одне або кілька тіл, які вразили його, стає більш імовірним.

Якщо це так, то потрібно задати питання, якщо всі припущення відкинуті, чи життя взагалі мало своє життя.

Моделювання життя проти моделювання його формування

$\mathcal{A}$$S$$S$

$\mathcal{B}$$S$$\mathcal{A}$$\mathcal{B}$

Відповідність фізики поза комп’ютером до моделювання може бути неможливою. Незалежно від того, чи буде модельоване життя, коли втілення в робототехнічній системі насправді вважатиметься життям, залишиться нашим нащадкам, якщо вид достатньо витримає.

Виноски

[1] Класичні випадки включають геліоцентричну систему Копернікана, яка поступається місцем Закону Гравітації; цей закон демонструє наближення загальної відносності, як показано правильним прогнозуванням орбіти Меркурія та кривизною світла біля Сонця. У світлі відкриття Лавуазьє кисню та абсолютної доказовості істини в закритій символічній системі, спростованої Геделем у його другій теоремі про незавершеність, а потім частково відшкодовано (з точки зору обчисленості) теоремою про повноту Тьюрінга.

Хоча важко довести негатив, я не думаю, що це було зроблено.

Найсучасніші моделювання функцій низького рівня не здатні масштабувати, щоб імітувати достатньо велику популяцію за досить великих масштабів часу, коли науковий консенсус стверджує, що це сталося насправді.

Хоча ви говорите, що вас не цікавить безпосередньо хімія, а якийсь абстрактний субстрат, я використовую хімію як приклад виклику. Це тому, що створення спрощеного субстрату з достатньо насиченою поведінкою, що виникає, є нетривіальним. Хімічні елементи, по суті, мають правила про те, як вони об'єднуються у більші фізичні структури (за допомогою різних механізмів зв'язування) і бере участь лише приблизно десяток типів атома. Це насправді досить просто і простежується на найнижчому рівні. Проблеми виникають із безлічі шкал структуроутворення "одиничних" молекул (ДНК / РНК бази, білкові пептиди, ліпіди, цукрові основи тощо), створюючи полімери з цих одиниць, взаємодії між полімерами, фізичні структури, побудовані та зруйновані цими взаємодіями , кожен з яких проявляє більш складну поведінку. Ця структурна ієрархія, ймовірно, потрібна для будь-якої машини, що повторюється, що не просто подається підрозділами вищого рівня безпосередньо. У своєму запитанні ви хочете знайти самовідтворення, що виникає, а не розроблено. . . тому годування в цих вищих рівнях, ймовірно, вважатиметься обманом.

Ми, мабуть, не володіємо обчислювальною силою, щоб правильно імітувати навіть експеримент Міллера-Юрея, що далеко не самовідтворення - хімічні симуляції в кремнеземі обмежуються такими речами, як розрахунки складання білка, і це далеко не в реальному часі. Всередині лише однієї бактеріальної клітини, готуючись до поділу, білки виробляються і складаються сотнями щосекунди.

Одне, що було зроблено, - це створити машину, що самовідтворюється, у грі життя Конвей під назвою «Близнюки» . Це було розроблено, а не створено стихійно. Однак у нього буде дуже низький, але ненульовий шанс спонтанно створитись випадковою ініціалізацією. Це був би дуже крихкий реплікатор, хоча будь-яка мутація або зіткнення з іншими активними елементами, ймовірно, порушить його. Експеримент спроби випадкового / стихійного створення Близнюків не є обчислювально здійсненним.

$10^{30}$$10^8$років. Це, головним чином, здогадки, що цього достатньо, щоб створити початкового дарвінового предка - це в основному логічна екстраполяція до теорії еволюції, слідуючи принципу Бритва Оккама, щоб шукати найпростіші сумісні пояснення.

Первинні реплікатори можуть бути простішими, ніж ви думаєте. Перегляньте це відео:

Самореплікація: як молекули можуть робити копії себе
_{[Джерело: Університет Грінінген]}

У галасливому середовищі ви отримуєте природну мутацію. І вуаля, реплікація + мутація = еволюція.

Як описав Ніл Слейтер у першій відповіді, важко зрозуміти, як самовідтворюється організм працює всередині. Оскільки кількість можливих дій величезна, і неможливо перевірити їх все в еволюційному процесі. Те, що використовується в біохімії для вирішення проблеми, - це зв'язок між молекулами. Припущення полягає в тому, що наявна символічна мова, яка має ієрархічну структуру, і ця мова дозволяє описати більш складні операції. Термін дослідження - біосеміотика , цитата:

"Експериментальні докази генетичного коду, здавалося, недостатньо самі по собі, щоб класифікувати клітину як семіотичну систему, але Патті стверджував, що цього стає достатньо, коли ми поєднуємо його з теорією автовідтворювальних автоматів, розробленою Джоном фон Нейманом ”Барб’єрі, Марчелло. "Коротка історія біосеміотики". Біосеміотика 2.2 (2009): 221-245.

Перш ніж стане можливим створити самовідтворювані системи, наявні природні системи мають спочатку проаналізувати. Або якщо бути більш конкретним, "аналізатор дій" інтерпретує мову молекул у процесі їх самовідтворення. Після того, як парсер працює, можна використовувати його в напрямку резерву, це означає подати випадкові сигнали на аналізатор і дослідити, як буде виглядати результат на семантичному рівні.