Christoph Adami: Poszukiwanie życia, którego nie jesteśmy w stanie sobie wyobrazić.

Jak poszukiwać życia na innych planetach jeśli nie jest podobne do naszego? Na TEDxUIUC Christoph Adami pokazuje jak wykorzystuje swoje badania sztucznego życia, samoreplikujących się programów komputerowych, by znaleźć cechę szczególną, "biomarker" który uwolniłby nasze zrozumienie tego czym jest życie ze starych schematów.

Historia mojej kariery jest dziwna.

Wiem o tym, bo ludzie mówią mi:

"Chris, masz dziwną karierę."

(Śmiech)

Rozumiem ich punkt widzenia,

bo zaczynałem

jako fizyk jądrowy.

Myślałem o kwarkach i gluonach

i zderzeniach ciężkich jonów

już w wieku 14 lat.

Dobra, taki młody nie byłem.

Później jednak miałem nawet

własne laboratorium

na wydziale neurobiologii,

ale nie tym się zajmowałem.

Potem pracowałem przy genetyce ewolucyjnej

i zajmowałem się biologią systemową.

Ale dziś opowiem o czymś innym.

Opowiem jak nauczyłem się czegoś o życiu.

Opowiem jak nauczyłem się czegoś o życiu.

Zajmowałem się astronautyką.

Wprawdzie nie budowałem rakiet,

ale pracowałem w Labolatorium Napędu Odrzutowego

ale pracowałem w Labolatorium Napędu Odrzutowego

w słonecznej i ciepłej Kaliforni,

a teraz jestem na środkowym zachodzie

gdzie jest zimno.

To było ekscytujące doświadczenie.

Pewnego dnia menadżer NASA

wszedł do mojego biura i poprosił,

żebym im powiedział,

jak należy szukać pozaziemskiego życia.

Zdziwiłem się, bo byłem zatrudniony

do pracy przy obliczeniach kwantowych.

do pracy przy obliczeniach kwantowych.

Miałem gotową świetną odpowiedź:

"Nie mam pojęcia."

Menadżer podpowiedział,

że trzeba szukać biosygnatury.

Spytałem, co to takiego.

"To wymierne zjawisko,

które wskazuje na obecność życia."

które wskazuje na obecność życia."

Zdziwiony odpowiedziałem:

"To chyba proste?

W końcu chodzi o życie.

Wystarczy zastosować definicję,

jak w Sądzie Najwyższym, prawda?"

Po chwili zastanowienia dodałem:

"Czy to na pewno takie łatwe?

Nie ulega wątpliwości,

że coś takiego, to życie.

że coś takiego, to życie.

Ale to?"

"Właśnie, to też życie."

Jeśli myślisz, że życie z definicji kończy się śmiercią,

Jeśli myślisz, że życie z definicji kończy się śmiercią,

to się przeliczyłeś,

bo to bardzo dziwny organizm.

Osiąga dorosłość,

a potem, jak Benjamin Button,

zaczyna młodnieć

aż do fazy embrionalnej,

kiedy znów zaczyna się starzeć, jak jojo.

Nigdy nie umiera.

To forma życia,

ale niezgodna

z naszymi oczekiwaniami.

A potem widzicie coś takiego.

"O rany, co to takiego?"

Czy ktoś wie?

To nie forma życia, a kryształ.

Ale gdy mu się lepiej przyjrzeć,

patrząc coraz głębiej i głębiej...

Ktoś napisał artykuł o tym,

że to są bakterie.

Ale jeśli się bliżej przyjrzeć,

widać, że by się nie zmieściły.

Był pewien swoich racji,

ale większość ludzi się z nim nie zgadza.

Potem NASA oznajmiła z wielkim szumem,

Potem NASA oznajmiła z wielkim szumem,

a prezydent Clinton zwołał konferencję,

że odkryto ślady życia na marsjańskim meteorycie.

że odkryto ślady życia na marsjańskim meteorycie.

Dziś poddaje się to w wątpliwość.

Reasumując, wydaje się,

że zdefiniowanie życia jest trudne.

By wydać taki osąd,

niezbędna może się okazać definicja życia.

niezbędna może się okazać definicja życia.

Czy życie można zdefiniować?

Jak się do tego zabrać?

Wystarczy otworzyć Encyklopedię PWN na Ż.

Wystarczy otworzyć Encyklopedię PWN na Ż.

Tyle że teraz użylibyśmy Google.

Może coś się tak znajdzie.

Jednak okazuje się,

że całą ogólnie przyjętą wiedzę należy odrzucić.

że całą ogólnie przyjętą wiedzę należy odrzucić.

Zostanie wtedy coś takiego.

To skomplikowany tekst,

z mnóstwem różnych pojęć.

Kto napisałby coś tak zawiłego, skomplikowanego

Kto napisałby coś tak zawiłego, skomplikowanego

i niedorzecznego?

Tak naprawdę to bardzo ważne pojęcia.

Podświetlę kilka z nich.

Te definicje nie bazują

na aminokwasach czy liściach,

na aminokwasach czy liściach,

ani innych znajomych rzeczach,

ale na procesach.

To książka, którą napisałem na temat sztucznego życia.

To książka, którą napisałem na temat sztucznego życia.

Macie więc wyjaśnienie,

czemu odwiedził mnie menadżer z NASA.

W zamyśle, dzięki tym pojęciom

możnaby wyprodukować jakąś formę życia.

możnaby wyprodukować jakąś formę życia.

Jeśli zastanawiacie się,

czym jest sztuczne życie,

to zaraz w skrócie wyjaśnię,

jak się to wszystko zaczęło.

Zaczęło się dawno temu,

kiedy ktoś napisał pierwszego wirusa komputerowego.

kiedy ktoś napisał pierwszego wirusa komputerowego.

Niektórzy z was mogą nie pamiętać,

w jaki sposób wirusy się rozprzestrzeniały.

Nośnikami były dyskietki.

Najciekawsze w tych infekcjach było tempo

Najciekawsze w tych infekcjach było tempo

z jakim wirus się rozprzestrzeniał,

oraz fluktuacje infekcji,

które znamy z wirusów grypy.

Jest tak przez wyścig zbrojeń

między designerami systemów operacyjnych

a hakerami.

W rezultacie mamy drzewo życia wirusów,

W rezultacie mamy drzewo życia wirusów,

ich filogeneza wygląda bardzo znajomo,

w każdym razie na poziomie wirusowym.

Moim zdaniem to nie forma życia,

bo nie ewoluuje samoczynnie.

Piszą je hakerzy.

Ten pomysł się rozwinął,

gdy pracownik Scientific Institute zaproponował,

żeby wgrać te wirusy

do sztucznej rzeczywistości

i pozwolić im ewoluować.

To był Steen Rasmussen.

Nie zdało to egzaminu,

bo wirusy niszczyły się nawzajem.

Ekolog, który się temu przyglądał,

powiedział, że wie jak to naprawić.

Napisał system Tierra,

który uważam za jeden z pierwszych

sztucznych żywych systemów.

Jednak programy te nie stawały się bardziej złożone.

Po analizie dotychczasowych wyników

sam przystąpiłem do akcji.

Postanowiłem stworzyć system,

który miałby wszystko co niezbędne,

by umożliwić ewolucję złożoności,

ewolucję coraz bardziej złożonych problemów.

Nie umiem programować, więc potrzebowałem pomocy.

Pracowałem z dwoma studentami z Instytutu Technologii w Kalifornii.

Pracowałem z dwoma studentami z Instytutu Technologii w Kalifornii.

Charles Offria po lewej i Tytus Brown po prawej.

Są teraz szacownymi profesorami

na Uniwersytecie Michigan,

ale zapewniam was,

że wtedy nie byliśmy szacownym zespołem.

Cieszę się, że nie przetrwało żadne grupowe zdjęcie.

Cieszę się, że nie przetrwało żadne grupowe zdjęcie.

Ale jak działał ten system?

Nie będę się wdawać w szczegóły,

ale tu widać jego części.

Chciałem się skupić

na strukturze populacji.

Mamy tu około 10 tys. programów.

Każdy szczep ma inny kolor.

Widać grupy, które wyrastają na innych,

bo się rozprzestrzeniają.

Gdy pojawia się program,

który lepiej potrafi przetrwać

dzięki nabytym mutacjom

rozprzestrzeni się na inne i je wypleni.

Pokażę wam film, który to ilustruje.

Te eksperymenty są przeprowadzane

z naszymi własnymi programami.

Piszemy programy, powielamy je

i jesteśmy z siebie dumni.

Umieszczamy je tam i natychmiast widzimy

wiele fal innowacji.

Film jest w dużym przyspieszeniu,

tysiące pokoleń na sekundę.

Sytem natychmiast wykrywa

głupie fragmenty programu,

które można szybko ulepszyć pod wieloma względami.

które można szybko ulepszyć pod wieloma względami.

Widać nowe typy, które falami zastępują poprzednie.

Widać nowe typy, które falami zastępują poprzednie.

Dzieje się tak przez jakiś czas,

aż proste przystosowania zostaną przyswojone.

Potem następuje zastój,

gdy system spokojnie czeka

na nowy typ innowacji, jak ten,

który rozprzestrzeni się

na wszystkie inne innowacje

i zastąpi ich geny,

aż do uzyskania większej złożoności.

Dzieje się tak w kółko.

Mamy tutaj system,

który żyje w znajomy nam sposób.

który żyje w znajomy nam sposób.

Jednak ludzie z NASA chcieli wiedzieć:

"Czy one mają biosygnaturę?

"Czy one mają biosygnaturę?

Czy to życie jest wymierne?

Jeśli tak, to może mamy szansę

na odkrycie życia gdzieś indziej,

wolni od założeń, że życie

opiera się na aminokwasach".

Powiedziałem, że może da się stworzyć biosygnaturę

Powiedziałem, że może da się stworzyć biosygnaturę

opartą na życiu jako procesie uniwersalnym.

Może powinniśmy zająć się pojęciami,

które rozwijałem,

by zilustrować jak może wyglądać prosty żywy system.

by zilustrować jak może wyglądać prosty żywy system.

Wymyśliłem...

Najpierw krótkie wprowadzenie,

może to będzie wykrywacz znaczenia,

a nie wykrywacz życia.

Robi się to tak...

Chcę się dowiedzieć, jak odróżnić

tekst napisany przez milion małp,

od tekstów z naszych książek.

Chcę móc to zrobić

nie znając języka,

bo nie będziemy go znali.

Wystarczy, że będzie jakiś alfabet.

Można zrobić wykres

częstości występowania

każdej z 26 liter alfabetu

w tekście napisanym przez małpy.

Każda z tych liter pojawia się

z prawie tą samą częstotliwością.

Ale jeśli spojrzeć na teksty w języku angielskim,

widać coś takiego.

W angielskich tekstach to bardzo widoczne.

Teksty francuskie, włoskie czy niemieckie

są trochę inne.

Każdy z nich ma inny rozkład częstości,

ale różnice są widoczne.

Nie ważne czy mowa o polityce czy nauce.

Nie ma znaczenia, czy to wiersz,

czy tekst o matematyce.

To silna sygnatura,

która jest bardzo stabilna.

Dopóki nasze książki będą po angielsku,

bo ludzie cały czas je piszą i kopiują,

będą zawierać sygnaturę.

Zainspirowało mnie to do sprawdzenia,

Zainspirowało mnie to do sprawdzenia,

czy można dzięki temu wykrywać znaczenie

już nie w tekstach,

lecz w biocząsteczkach będących budulcami życia.

lecz w biocząsteczkach będących budulcami życia.

Po pierwsze muszę spytać,

czym są te budulce życia, podobne do liter w alfabecie.

Okazuje się, że jest wiele alternatyw

na zestaw budulców życia.

Można użyć aminokwasów,

kwasów nukleinowych, karboksylowych albo tłuszczowych.

W naszych ciałach jest ich całe mnóstwo.

By to przetestować, przyjrzeliśmy się aminokwasom

i innym kwasom karboksylowym.

Tu mamy rezultaty.

Oto jak wygląda dystrybucja aminokwasów

Oto jak wygląda dystrybucja aminokwasów

na komecie albo w przestrzeni międzygwiezdnej

albo w laboratorium, gdzie rygorystycznie dopilnowano,

żeby w pierwotnej zupie

nie znalazły się żywe elementy.

Znajdziemy tam głównie glicynę i alaninę,

oraz śladowe ilości innych związków.

To także wyraźnie widać

w systemach takich, jak Ziemia,

gdzie są aminokwasy,

ale nie ma życia.

Weźmy garść ziemi,

przekopmy się przez nią

i potem włóżmy ją do spektrometru.

Jest tam pełno bakterii.

Ziemska woda

też tętni życiem.

Ta sama analiza

pokazuje inne spektrum.

Nadal mamy glicynę i alaninę,

ale ciężkie pierwiastki, ciężkie aminokwasy

również są produkowane,

bo są cenne dla organizmu.

Są też inne,

nie używane w zestawie 20,

które się w ogóle nie pojawią,

w żadnym stężeniu.

Te różnice też są bardzo wyraźne.

Rodzaj osadu nie ma znaczenia,

czy pochodzi od bakterii, roślin czy zwierząt.

Wszędzie, gdzie jest życie,

dystrybucja wygląda tak,

w przeciwieństwie do tej.

Widać to nie tylko w aminokwasach.

Możecie teraz spytać

a co z tymi Avidianami?

Avidiany to mieszkańcy świata komputerów,

którzy bez trudu rozmnażają się i komplikują.

Dostajemy taką dystrybucję;

nie ma tam życia.

Mają 28 instrukcji.

W systemie, gdzie jedna zastępują drugą,

są jak małpy piszące na maszynie.

Każda z tych instrukcji pojawia się równie często.

Każda z tych instrukcji pojawia się równie często.

Ale dla zbioru replikujących się "wirusów"

jak na filmie, który widzieliście,

dystrybucja będzie wyglądała tak.

Niektóre instrukcje są bardzo cenne dla tych organizmów,

Niektóre instrukcje są bardzo cenne dla tych organizmów,

więc będą pojawiały się częściej.

Mamy też instrukcje,

które są prawie niewykorzystane.

Albo są szkodliwe,

albo powinny występować rzadziej, niż wypada statystycznie.

W tym wypadku spada częstość występowania.

Czy to silna sygnatura?

Tak, bo ten typ spektrum jest taki sam,

jak ten z książek,

i ten, który widzieliśmy przy aminokwasach,

zmiany środowiska nie mają znaczenia,

efekt będzie odpowiadał środowisku.

Przedstawię wam nasz eksperyment.

Muszę wyjaśnić,

że górna część wykresu

pokazuje rozkład częstości, o którym mówiłem.

To środowisko bez życia,

każda instrukcja występuje równie często.

każda instrukcja występuje równie często.

Pod spodem widać tempo mutacji w środowisku.

Na dole widać tempo mutacji w środowisku.

Zaczynamy od mutacji tak szybkich,

że umieszczony tam program replikujący,

że umieszczony tam program replikujący,

który gdzie indziej urósłby,

żeby zająć cały świat,

teraz natychmiast zmutuje się na śmierć.

Życie nie może istnieć

przy takim tempie mutacji.

Teraz powoli "przykręcę gaz",

i osiągniemy próg przeżywalności replikatora.

i osiągniemy próg przeżywalności replikatora.

i osiągniemy próg przeżywalności replikatora.

Będziemy je wrzucać

do naszej zupy cały czas.

Zobaczmy jak to wygląda.

Nic się nie dzieje.

Jest zbyt gorąco.

A teraz granica zostaje osiągnięta,

dystrybucja częstości zmieniła się i ustabilizowała.

dystrybucja częstości zmieniła się i ustabilizowała.

A teraz byłem złośliwy

i znów podkręciłem im gaz.

Znów dotarły do granicy przeżywalności.

Pokazuję wam to w kółko, bo to bardzo fajne.

Gdy osiągnie się granicę życia,

dystrybucja zmienia się na "żywy organizm!".

A gdy dosięgnie się granicy,

tempo mutacji jest tak wysokie,

że nie można się rozmnażać

i przekazywać informacji

swojemu potomstwu

bez popełniania tak wielu błędów,

że znika zdolność do replikacji.

Wtedy sygnatura ginie.

Jaki z tego morał?

Jest ich kilka.

Po pierwsze, jeśli możemy myśleć o życiu

Po pierwsze, jeśli możemy myśleć o życiu

w kategoriach abstrakcyjnych,

a nie mówię tu o rzeczach takich jak rośliny,

czy aminokwasy,

ani bakterie,

ale myśląc w kategoriach procesów,

wtedy postrzeżemy życie,

nie jako coś właściwego tylko Ziemi

ale coś, co może istnieć wszędzie.

Bo życie polega na informacji,

na przechowywaniu informacji

na fizycznych podłożach:.

na fizycznych podłożach:

bitach, kwasach nukleinowych,

czymkolwiek, co może być alfabetem,

wystarczy, że jest jakiś proces,

dzięki któremu informacja przetrwa dużo dłużej,

niż wynikałoby z typowego okresu degradacji.

niż wynikałoby z typowego okresu degradacji.

Jeśli da się to zrobić,

to mamy życie.

Po pierwsze uczymy się,

że można zdefiniować życie

dzięki samym procesom,

bez odniesień do rzeczy,

które są nam bliskie,

jak typ życia na Ziemi.

To znów zmienia naszą perspektywę,

jak większość odkryć naukowych,

to ciągła detronizacja człowieka,

przekonanie, że jesteśmy wyjątkowi, bo żyjemy.

Możemy tworzyć życie w komputerze.

Ma to swoje granice,

ale nauczyliśmy się,

jak na prawdę je stworzyć.

Kiedy się to uda,

przestaje być trudne stwierdzenie,

że jeśli zrozumiemy podstawowe procesy,

które nie odnoszą się do konkretnego podłoża,

możemy zacząć badać inne światy,

możemy zacząć badać inne światy,

odkryć potencjalne alfabety chemiczne,

zrozumieć zwyczajną chemię

i geochemię danej planety,

by wiedzieć, jak wygląda dystrybucja tam,

gdzie życia nie ma,

a potem odnaleźć odchylenia,

rzeczy, które są nietypowe,

np. "tego związku nie powinno tam być".

Nie wiemy, czy to życie,

ale możemy zdecydować,

że przyjrzymy się tym związkom bliżej,

by zobaczyć skąd pochodzą.

To może być nasza szansa

na odkrycie życia,

nawet gdy go nie widać.

Mam dla was tylko jedno przesłanie.

Mam dla was tylko jedno przesłanie.

Życie może być mniej tajemnicze,

niż je sobie przedstawiamy,

gdy spekulujemy, jak może wyglądać na innych planetach.

Gdy odjąć mu tajemniczość,

myślenie o tym, jak żyjemy

może stać się prostsze.

Może zauważymy, że nie jesteśmy tacy wyjątkowi.

Z tym was zostawię.

Bardzo dziękuję.

(Brawa)