Christoph Adami: Az elképzelhetetlen élet keresése

Hogyan keressünk idegen létformákat, ha azok semmiben sem hasonlítanak az általunk ismert élethez? A TEDxUIUC előadásán Christoph Adami bemutatja, hogyan használja fel mesterséges életformákkal -- önreprodukáló számítógépes programokkal -- foglalkozó kutatását arra, hogy olyan azonosítót, egy olyan "biomarkert" találjon, amely független az életről alkotott előzetes elképzeléseinktől.

Nos, nekem furcsa a hivatásom.

Ezt onnan tudom, hogy az emberek, például a kollégáim odajönnek hozzám

és azt mondják, "Chris, neked furcsa a hivatásod."

(Nevetés)

És tudom, miért mondják ezt,

hiszen elméleti nukleáris fizikusként

kezdtem a pályafutásom.

Kvarkokról, gluonokról,

nehézion ütközésekről gondolkodtam,

és még csak 14 éves voltam.

Nem, nem, nem voltam 14 éves.

De azután

tulajdonképpen lett egy saját laborom

a számítógépes idegtudományi tanszéken,

és egyáltalán nem foglalkoztam az idegtudománnyal.

A későbbiekben evolúciós genetikával,

majd rendszer-szemléletű biológiával foglalkoztam.

De ma valami másról fogok beszélni önöknek.

Azt fogom elmondani,

hogy hogyan tanultam meg valamit az életről.

És tulajdonképpen rakétakutató voltam.

Igazából nem voltam rakétakutató,

de dolgoztam

a Sugárhajtású Meghajtás laboratóriumban

a napos Kaliforniában, ahol meleg van;

ehhez képest most közép-nyugaton vagyok,

és hideg van.

De izgalmas élmény volt.

Egyik nap bejön az irodámba egy NASA osztályvezető,

leül és azt kérdezi,

"Meg tudná kérem mondani,

hogyan keressünk életet a Földön kívül?"

És ez nagy meglepetésként ért engem,

mert konkrétan azért vettek fel,

hogy kvantumszámításokon dolgozzak.

És mégis tudtam egy nagyon jó választ.

Azt válaszoltam, hogy "Fogalmam sincs".

A fickó pedig azt mondta, hogy "Bioazonosítók,

bioazonosítókat kell keresnünk."

Én meg azt kérdeztem, "Az meg mi?"

Ő pedig azt válaszolta, hogy "Bármilyen mérhető jelenség,

amely lehetővé teszi számunkra

az élet jelenlétének kimutatását."

És azt kérdeztem, hogy "Tényleg?

Mert ez könnyű, nem?

Úgy értem, itt van az élet.

Nem alkalmazhatunk rá egy meghatározást,

olyasmit, mint a Legfelsőbb Bíróság féle élet definíció?"

De aztán gondolkodtam rajta egy kicsit, és azt kérdeztem,

"Nos, ez tényleg ilyen egyszerű?

Mert igen, ha látunk valami ilyesmit,

akkor persze, rendben, életnek fogjuk hívni --

ehhez nem fér kétség.

De itt van ez."

És azt mondja, "Rendben, ez is élet. Ezt tudom."

Kivéve persze ha a meghaló dolgok által

határozzuk meg az életet,

mert akkor ezzel a dologgal nincs szerencsénk,

ugyanis ez egy nagyon különös organizmus.

Kifejlődik a felnőtt létig ilyen formában,

majd átél egy Benjamin Button fázist,

és tulajdonképpen elkezd egyre jobban visszafejlődni,

amíg olyan nem lesz újra, mint egy embrió,

majd ismét elkezd felnőni, majd visszafejlődni, majd felnőni -- mint a jojó --

és sohasem hal meg.

Tehát tulajdonképpen ez is egy életforma,

de valójában nem úgy,

ahogyan mi elképzeljük az életet.

Aztán látunk valami ilyesmit.

Erre a fickó, "Uram Isten, ez meg milyen életforma?"

Tudja valaki?

Ez tulajdonképpen nem életforma, ez egy kristály.

Tehát ha egyszer elkezdünk

egyre kisebb dolgokat vizsgálni --

tehát ez a bizonyos személy

egy egész cikket írt arról, hogy "Hé, ezek baktériumok".

Kivéve persze ha közelebbről nézzük,

akkor tulajdonképpen látjuk, hogy ez túl kicsi ahhoz, hogy bármi ilyesmi legyen.

Tehát ő meg volt győződve erről,

de ami azt illeti, a legtöbb ember nem.

És aztán, persze,

a NASA tett egy nagy bejelentést,

és Clinton elnök tartott egy sajtókonferenciát

erről a hatalmas felfedezésről,

hogy életet találtak egy Marsról származó meteorban.

Leszámítva persze, hogy manapság ez erősen vitatott.

Ha megtanuljuk a leckét ezekből a képekből,

akkor rájövünk, hogy ez talán nem is olyan könnyű.

Talán mégiscsak szükségem van

az élet meghatározására ahhoz,

hogy ilyen jellegű különbséget tudjak tenni.

Tehát meghatározhatjuk-e az életet?

Nos, hogyan kezdenének hozzá?

Természetesen

kinyitnák a Révai nagylexikont az É betűnél.

Nem, természetesen nem tennék ezt; inkább beírnák a Google-ba.

És talán kapnának valamit.

És amit kapnának --

és bármit, ami tulajdonképpen azokra a dolgokra utal, amiket megszoktunk,

félredobnának.

Aztán kitalálnának valami ilyesmit.

És ez valami bonyolultról szól,

amiben rengeteg a fogalom.

Ki a fene írna valamit,

ami ilyen tekervényes és összetett

és semmitmondó?

Ó, ez tulajdonképpen egy nagyon, nagyon fontos fogalomhalmaz.

Úgyhogy kiemelek egy pár szót,

és azt mondom hogy az ilyen meghatározások

nem olyan dolgokra támaszkodnak, amelyeknek

aminosavak vagy levelek

vagy bármi megszokott az alapja,

hanem valójában csak folyamatokra.

És ha egy pillantást vetnek erre,

ez tulajdonképpen egy könyvben volt, amit a mesterséges életről írtam.

És ez megmagyarázza, hogy hogyan

került az a NASA ügyvezető az irodámba az elején.

Ugyanis az volt az ötlet, hogy az ilyen koncepciókkal

talán ténylegesen létrehozhatunk

valamilyen létformát.

Így tehát ha megkérdezik maguktól, hogy

"Mi a fene az a mesterséges élet?",

engedjék meg, hogy villámgyorsan bemutassam önöknek,

hogy hogyan is került szóba mindez.

És ez az egész elég régen kezdődött,

amikor valaki megírta

az egyik első sikeres számítógépes vírust.

És azok számára, akik nem elég idősek,

és fogalmuk sincs, hogy ez a fertőzés hogyan működött --

tudniillik ezeken a floppy lemezeken keresztül.

De ezekkel a számítógépes vírusokkal kapcsolatban

az volt az érdekes, hogy ha a fertőzés

terjedésének sebességét nézzük,

akkor ezt a tüskés viselkedést mutatják,

amelyet egy influenza vírusnál figyelhetünk meg.

És tulajdonképpen ennek a fegyverkezési versenynek köszönhető

a hackerek és az operációs rendszerek tervezői között,

hogy ezek a dolgok oda-vissza haladnak.

A végeredmény pedig egyfajta családfa

a vírusokból,

egy fejlődéstörténet, amely nagyon

hasonlít a már ismert élettípusra, legalábbis ami a vírusok szintjét illeti.

Akkor tehát ez élet? Nem, ami engem illet.

Miért? Mert ezek a dolgok nem maguktól fejlődnek.

Ami azt illeti, a hackerek írják őket.

De az ötletet nagyon hamar továbbgondolták,

mikor a Tudományos Intézet egyik tudósa elhatározta,

"Miért ne csomagolhatnánk be ezeket a vírusokat

a számítógép mesterséges világaiba

és hagyhatnánk őket fejlődni?"

És ez az ember Steen Rasmussen volt.

És megtervezte ezt a rendszert, de valójában nem igazán működött,

mert a vírusai folyamatosan elpusztították egymást.

De volt egy másik tudós, aki megfigyelte a kísérletet, egy ökológus.

Aztán hazament és azt mondta, "Tudom, hogyan oldjuk meg ezt."

És megírta a Tierra rendszert,

és ami azt illeti, a könyvemben ez az egyik első

valóban mesterséges élő rendszer --

leszámítva azt a tényt, hogy ezek a programok nem igazán váltak összetettebbé.

Tehát miután láttam ezt a munkát és dolgoztam rajta egy kicsit,

itt jövök én a képbe.

És én elhatároztam, hogy létrehozok egy olyan rendszert,

amely rendelkezik az összes szükséges tulajdonsággal

az evolúció összetettségének megjelenítéséhez,

az egyre bonyolultabb és bonyolultabb problémák folyamatos fejlődésével.

És mivel tényleg nem tudok kódokat írni, természetesen volt segítségem.

Két egyetemi hallgató

dolgozott együtt velem a Kaliforniai Műszaki Intézetből.

Az Charles Offria a bal oldalon, Titus Brown pedig a jobb oldalon.

Jelenleg valójában már tekintélyes professzorok

a Michigani Állami Egyetemen,

de biztosíthatom önöket, hogy akkoriban

nem voltunk egy tekintélyes csapat.

És igazán boldog vagyok, hogy egy fénykép sem maradt fenn

sehol hármunkról, amin együtt vagyunk.

De milyen is ez a rendszer?

Hát igazából nem nagyon mehetek bele a részletekbe,

de amit itt látnak, az a belsejének egy része.

De amire fókuszálni szeretnék,

az ez a fajta populációs szerkezet.

Körülbelül 10,000 program látható itt.

És minden külön törzs különböző színnel van megjelölve.

És mint itt is láthatják, vannak olyan csoportok, amelyek egymásra nőnek,

mert terjeszkednek.

Ha bármikor létrejön egy program,

amely jobban életben tud maradni ebben a világban,

mert olyan mutáción ment keresztül,

akkor elterjed a többi program rovására és kihalásra kényszeríti őket.

Úgyhogy mutatok önöknek egy filmet, amelyen látható lesz ez a fajta dinamika.

És az ilyen fajta kísérleteket

olyan programokkal kezdtük, amelyeket magunk írtunk.

Megírjuk a saját dolgainkat, sokszorosítjuk őket,

és nagyon büszkék vagyunk magunkra.

Aztán betesszük őket ide, és amit azonnal megfigyelhetnek az az,

hogy az újítás újabb és újabb hulláma tűnik fel.

Mellesleg ez egy nagyon felgyorsított felvétel,

úgy nagyjából ezer generáció másodpercenként.

De a rendszer szinte azonnal megkérdezi,

"Milyen idióta kód darab volt ez?

Ezt olyan sokféleképpen lehet tovább fejleszteni

nagyon gyorsan."

Úgyhogy láthatják, amint az új típusok hullámai

legyőzik a többi típust.

És ez a fajta tevékenység egész sokáig folytatódik,

amíg a legfőbb, könnyű részeket megszerzik ezek a programok.

Aztán láthatják, amint létrejön valamiféle pangás,

ahol a rendszer tulajdonképpen

egy újításra vár, mint például ez itt,

amely át fog terjedni

minden addigi más újításra, amely létezett

és kitörli az előzőleg birtokolt géneket,

amíg el nem éri a nagyobb összetettségi szint egy új típusát.

És ez a folyamat újra és újra és újra megismétlődik.

Tehát amit itt látunk,

az egy rendszer, amely

egészen olyan formában élő, mint amihez hozzászoktunk.

De amit valójában a NASA emberei kérdeztek tőlem

az volt, hogy "Van ezeknek a fickóknak

bioazonosítójuk?

Meg tudjuk mérni ezt a fajta életet?

Mert ha igen,

akkor talán van esélyünk arra, hogy valahol máshol életet fedezzünk fel

anélkül, hogy az aminosavakhoz

hasonló dolgok befolyásolnának minket."

Úgyhogy azt mondtam, "Nos, talán olyan bioazonosítót

kellene készítenünk,

amely az élet univerzális folyamatain alapszik.

Valójában talán olyan fogalmakat

kellene hasznosítania, amiket én fejlesztettem ki

annak érdekében, hogy megragadja

egy egyszerű, élő rendszer lényegét."

És az ötlet, amivel előálltam --

először is be kell mutatnom önöknek az ötletet,

és ez talán inkább egy értelem-detektor lenne,

mint egy életdetektor.

És a módszer, amivel ezt kiviteleznénk --

szeretném kideríteni, hogy mi különböztet meg

egy egymillió majom által írt szöveget

a könyveinkben található szövegtől.

És ezt olyan módon szeretném megtenni,

hogy tulajdonképpen nem kell értenem a nyelvet,

mert biztos vagyok benne, hogy képtelen lennék rá.

Amíg tudom, hogy létezik valamiféle abc.

Tehát itt lenne egy előfordulási grafikon arról,

hogy milyen gyakran található meg

az abc 26 betűjének mindegyike

egy tetszőleges majmok által írt szövegben.

És nyilvánvalóan minden betű

nagyjából durván egyenlő gyakorisággal fordul elő.

De ha ugyanezt az eloszlást nézzük az angol szövegekben,

az így néz ki.

És elhihetik nekem, hogy ez egy nagyon jellemző eredmény az angol szövegekben.

És ha francia szövegeket nézek, akkor egy kicsit máshogy néz ki,

vagy olasznál vagy németnél.

Mindegyiknek megvan a maga előfordulási eloszlása,

de az jellemző.

Nem számít, hogy politikáról vagy tudományról szól.

Nem számít, hogy egy versről

vagy matematikai szövegről van szó.

Ez egy jellemző azonosító,

és nagyon stabil.

Amíg a könyveink angol nyelven íródnak --

mert az emberek újraírják és lemásolják őket --

addig jelen lesz.

Úgyhogy ez inspirált, hogy azon gondolkodjak,

nos, mi van akkor, ha nem arra próbálom használni ezt az ötletet,

hogy véletlenszerű szövegeket különböztetek meg

értelmes szövegektől,

hanem arra, hogy megtaláljam a bizonyságot, hogy értelem van

az életet alkotó biomolekulákban.

De először is meg kell kérdeznem:

mik ezek az építőkockák, mint az abc, az elemek, amelyeket mutattam önöknek?

Nos úgy tűnik, hogy nagyon sok alternatíva létezik

az építőkockák ilyen halmazára.

Használhatnánk az aminosavakat,

használhatnánk a nukleinsavakat, karboxilsavakat, zsírsavakat.

Tulajdonképpen a kémia végtelenül bőséges, és a testünk nagyon sokat használ belőle.

Ezért az ötlet tesztelésére mi tulajdonképpen

először vetettünk egy pillantást az aminosavakra és néhány más karboxilsavra.

És itt az eredmény.

Valójában itt van, mit kap az ember,

ha például az aminosavak eloszlását nézi

egy üstökösön vagy csillagközi térben,

vagy tulajdonképpen egy laboratóriumban,

ahol alaposan megbizonyosodott róla, hogy az őslevesben

semmiféle élőlény sincs.

Többségében glicint és alanint találunk,

és van némi nyoma a többi elemnek.

Ez szintén nagyon jellemző --

amit az olyan rendszerekben talál, mint a Föld,

ahol vannak aminosavak,

de nincs élet.

De tételezzük fel, hogy vesz némi földet

és beleás,

aztán beleteszi a spektrométerbe,

mert mindenhol baktériumok vannak;

vagy vizet vesz bárhonnan a Földről,

mert burjánzik benne az élet,

és elvégzi ugyanezt az analízist;

a spektrum egészen máshogy néz ki.

Természetesen még mindig van benne glicin és alanin,

de valójában itt vannak ezek a nehéz elemek, ezek a nehéz aminosavak,

amelyek azért termelődnek,

mert fontosak a szervezet számára.

És néhány másik,

amelyet nem is használtunk fel a 20-as összeállításban,

ők egyáltalán nem lesznek jelen

semmilyen koncentrációban.

Tehát ez is nagyon jellemzőnek tűnik.

Nem számít, milyen típusú üledéket használunk a daráláshoz,

legyen az akár baktérium vagy bármilyen más növény vagy állat.

Bárhol, ahol élet van,

ezzel az eloszlással fog találkozni,

nem ezzel az eloszlással.

És ez nem csak az aminosavaknál észlelhető.

Most megkérdezhetnék:

nos, és mi van ezekkel az Avidiánokkal?

Az Avidiánok ennek a számítógépvilágnak a lakói,

ahol ők tökéletesen boldogok azáltal, hogy szaporodnak és egyre összetettebbé válnak.

Tehát ezt az eloszlást kapjuk,

ha tulajdonképpen nincs élet.

Körülbelül 28 ilyen utasítással rendelkeznek.

És ha van egy rendszer, ahol az egyik átveszi a másik helyét,

akkor ez olyan lesz, mint amikor a majmok gépelnek.

Minden egyes utasítás nagyjából

ugyanolyan gyakorisággal fordul elő.

De ha most veszünk egy készletet ezekből a reprodukálódó fickókból,

mint amilyenek a videóban is láttak,

akkor így fog kinézni.

Tehát van pár utasítás,

amelyek rendkívüli módon értékesek ezen organizmusok számára,

és nagyobb gyakorisággal fognak előfordulni.

És tulajdonképpen vannak olyan utasítások,

amelyeket csak egyszer, vagy egyáltalán nem használunk.

Tehát ezek vagy mérgezőek,

vagy a véletlenszerűnél is kevesebbszer kell használni őket.

Ebben az esetben az előfordulás kisebb mértékű.

És most tehát láthatjuk, hogy ez tényleg egy jellemző azonosító?

Azt mondhatom önöknek, hogy ténylegesen az,

mert ez a fajta spektrum, ugyanúgy, mint azok, amiket a könyvekben láthatnak,

és ugyanúgy, mint amit az aminosavaknál láthattak,

mindegy, mennyire változtatjuk meg a környezetet, nagyon jellemző;

ez tükrözni fogja a környezetet.

Tehát most megmutatok önöknek egy kísérletet, amit elvégeztünk.

És el kell magyaráznom,

hogy a felső grafikon

mutatja azt az előfordulási eloszlást, amiről beszéltem.

Itt tulajdonképpen ez az az élettelen környezet,

ahol minden utasítás egyforma

gyakorisággal fordul elő.

És itt alul mutatom tulajdonképpen

a környezet mutációs mértékét.

És ezt egy olyan magas mutációs értékkel kezdem,

amelynél ha beledobnánk

egy reprodukálódó programot,

amely egyébként boldogan felnőne,

hogy betöltse az egész világot,

ha ide bedobjuk, azonnal halálra mutálódik.

Tehát az élet nem lehetséges

ilyen mutálódási mérték mellett.

De ezután lassan lejjebb tekerem a hőmérsékletet, hogy úgy mondjam,

és aztán itt ez a életképességi küszöb,

ahol most már lehetséges lenne

egy replikátor számára az élet.

És tényleg, ezeket a fickókat mindig

bele fogjuk dobni ebbe a levesbe.

Tehát lássuk, hogy ez hogyan is néz ki.

Tehát először semmi, semmi, semmi.

Túl forró, túl forró.

Most elérjük az életképességi küszöböt,

és a gyakorisági eloszlás

drámaian megváltozik, és tulajdonképpen stabilizálódik.

És amit most ott csináltam az az,

hogy nagyon gonosz voltam, és folyton feljebb és feljebb állítottam a hőfokot.

És természetesen ezzel elértük az életképességi küszöböt.

És ezt csak azért mutatom meg most önöknek újra, mert ez olyan szép.

Elérjük az életképességi küszöböt.

Az eloszlás "élőre" vált!

És aztán, amint elérjük az életképességi küszöböt,

ahol a mutációs mérték már olyan magas,

hogy nem lehetséges az önreprodukció,

nem másolhatjuk tovább az információt

a leszármazottainknak

anélkül, hogy annyi hibát ejtenénk,

hogy eltűnjön a reprodukálódás képessége.

És aztán eltűnik ez az azonosító.

Mit tanultunk meg ebből?

Nos, úgy gondolom elég sok dolgot megtanultunk belőle.

Az egyik például az,

hogy ha képesek vagyunk elvont fogalmakban

gondolkodni az életről --

és nem olyan dolgokról beszélünk, mint növények,

és nem aminosavakról beszélünk,

és nem baktériumokról beszélünk,

hanem folyamatokban gondolkodunk --

akkor elkezdhetünk az életről gondolkodni,

nem mint a Földre jellemző különlegességről,

hanem tulajdonképpen olyasmiről, ami bárhol létezhet.

Mert tényleg csak ezekhez az

információ-koncepciókhoz van köze,

vagy információtároláshoz

fizikai alapanyagokban --

bármiben: bitekben, nukleosavakban,

bármiben, ami megfelel egy abc-nek --

és megbizonyosodunk róla, hogy van valamilyen folyamat,

és hogy ez az információ

sokkal hosszabb ideig tárolható, mint azt

az információ degenerálódásának időmértékétől elvárnánk.

És ha meg tudjuk ezt tenni,

akkor megkapjuk az életet.

Tehát az első dolog, amit megtanultunk az az,

hogy lehetséges az élet meghatározása

csupán folyamatokban gondolkodva,

anélkül, hogy bármilyen

kedvesnek ítélt dologra utalnánk,

már ami a földi élet típusát illeti.

És ez valamilyen értelemben újra eltávolít minket,

mint minden tudományos felfedezésünk, vagy sok közülük --

ez az ember folyamatos trónfosztása --

attól, hogy olyan különlegesnek gondoljuk magunkat, mert élünk.

Hát, mi képesek vagyunk életet létrehozni. Létre tudunk hozni életet a számítógépben.

Természetes, hogy ez korlátozott,

de megtanultuk, hogy mi kell ahhoz,

hogy tulajdonképpen felépítsük.

És ha ez egyszer már megvan,

akkor ez már nem olyan bonyolult feladat többé,

hogy úgy mondjam, ha már értjük az alapvető folyamatokat,

amelyek nem vonatkoznak egyetlen bizonyos alapanyagra sem,

akkor kimehetünk

és kipróbálhatunk más világokat,

kideríthetjük, milyen kémiai abc-k vannak ott,

kideríthetünk eleget ahhoz a normál kémiáról,

a bolygó geokémiájáról,

hogy tudjuk, hogyan nézne ki ez az eloszlás

az élet hiányában,

aztán megkereshetnénk a jelentős eltéréseket --

ezt a kiugró dolgot, amelyik azt mondja,

"Ennek a kémiai anyagnak nagyon nem kellene itt lennie."

Ettől persze még nem fogjuk tudni, hogy ott élet van-e,

de mondhatjuk,

hogy "Hát, legalább nagyon alaposan megvizsgálom ezt a kémiai anyagot,

és megnézem, honnan származik."

És ez lehet a lehetőség arra,

hogy tulajdonképpen életet fedezzünk fel,

amikor nem láthatjuk szemmel láthatóan.

Tehát ez tényleg az egyetlen hazavihető üzenet,

amelyet önöknek szánok.

Az élet lehet kevésbé rejtélyes,

mint amilyennek mi hisszük,

ha megpróbálunk azon gondolkodni, hogy milyen lehet más bolygókon.

És ha kivesszük a misztériumot az életből,

akkor úgy gondolom, hogy egy kicsit könnyebb

arról gondolkodnunk, hogy mi hogyan élünk,

és hogy talán nem vagyunk olyan különlegesek, mint amilyennek hisszük magunkat.

És ezzel búcsúzom is önöktől.

És nagyon köszönöm.

(Taps)