Christoph Adami: Găsind viața pe care nu o putem imagina

Cum căutam viața extraterestră dacă ea nu se aseamăna cu formele de viață pe care le înțelegem? La TEDxUIUC, Christoph Adami ne arată cum folosește cercetarea sa în inteligență artificială -- programe de calculator care se auto-reproduc -- pentru a găsi o semnătură, un "biomarker," care este liber de prejudecățile noastre în legătură cu ceea ce înseamnă viață.

Deci am o carieră ciudată.

Știu asta deoarece oamenii, colegii, vin la mine,

și îmi spun: "Chris, ai o carieră ciudată."

(Râsete)

Și le înțeleg punctul de vedere,

pentru că mi-am început cariera

ca și teoretician în fizică nucleară.

Și mă preocupau cuarcii și gluonii

și ciocnirile între ioni grei,

și pe vremea aceea aveam doar 14 ani.

Nu, nu, nu aveam 14 ani.

Dar după aceea,

am avut propriul meu laborator

în departamentul de neuroștiință numerică,

și nu făceam nici un fel de neuroștiință.

Mai târziu, am vrut să mă ocup de genetica evoluționistă,

și am vrut să lucrez la biologia sistemelor.

Dar astăzi am să vă vorbesc despre altceva.

Am să vă vorbesc

despre cum am învățat ceva despre viață.

Și am fost un cercetător al rachetelor.

De fapt nu cercetam chiar rachete,

dar am lucrat

în Laboratorul de Propulsie prin Jet

în însorita Californie unde este cald;

pe când acum locuiesc în centrul Statelor Unite

și acolo e rece.

Dar a fost o experiență captivantă.

Într-o zi, un manager de la NASA vine în biroul meu,

se așează și îmi spune,

"Poți, te rog, să ne spui,

cum să căutăm viață dincolo de Pământ?"

Și acest lucru m-a surprins,

pentru că fusesem de fapt angajat

să lucrez la calculul cuantic.

Și cu toate acestea, aveam un răspuns foarte bun.

Le-am spus: "Nu am nici cea mai vagă idee."

Și el mi-a spus, "Biosemnături,

trebuie să căutăm o biosemnătură."

Și l-am întrebat, "Ce este acea?"

Și el mi-a spus, "Orice fenomen măsurabil

care ne permite să identificăm

prezența vieții."

Și i-am răspuns: "Serios?

Fiindcă, asta e atât de ușor?

Vreau să spun, avem viață.

Nu putem aplica o definiție,

cum ar fi de exemplu, modul în care Curtea Supremă de Justiție SUA definește viața?"

Și m-am gândit puțin apoi și am spus,

"Păi, este acest lucru așa de ușor?

Pentru că, da, dacă vezi ceva de felul acesta,

sigur, normal, am să-l numesc viață --

fără nici un dubiu.

Dar aici este ceva."

Și el spune: " Normal, și aceasta este viață. Știu asta."

Cu toate astea, dacă stăm să ne gândim, viața este definită și altfel

prin prisma lucrurilor care mor,

însă nu ai noroc cu acest lucru,

fiindcă acesta este un organism foarte ciudat.

Care crește la stadiul de adult cât ai clipi

și apoi trece printr-o fază à la Benjamin Button,

și care de fapt se regresează continuu

până când ajunge din nou la faza de embrion,

și apoi de dezvoltă din nou, și regresează și evoluează - -ca și un yo-yo --

și nu moare niciodată.

Și aceasta este de fapt viața,

dar de fapt nu este

așa cum ne-am imaginat-o.

Și apoi vezi ceva de genul acesta.

Și el spuse: "Dumnezeule, ce fel de formă de viață este aceasta?"

Știe cineva?

De fapt nu este viață, este un cristal.

Așa că o dată ce începi să analizezi și să analizezi

lucruri din ce în ce mai mărunte --

astfel încât această persoană

a scris un întreg articol și a concluzionat "Hei, acestea sunt bacterii."

Cu excepția faptului că dacă privești lucrurile mai de aproape,

vezi, de fapt, că acest lucru este prea mărunt ca să fie așa ceva.

Așa că el era convins,

dar, de fapt, majoritatea oamenilor nu sunt.

Și apoi, bineînțeles,

NASA a venit cu un anunț oficial,

și Președintele Clinton a ținut o conferință de presă,

în legătură cu această descoperire nemaipomenită:

viață într-un meteorit care provine de pe Marte.

Însă această descoperire este criticată vehement azi.

Dacă tragem concluzia din toate aceste imagini,

înțelegem apoi că de fapt lucrurile nu sunt atât de simple.

Poate că am nevoie

de o definiție a vieții

pentru a face o astfel de distincție.

Deci, poate fi viața definită?

Cum am aborda subiectul?

Bineînțeles,

că am deschide Enciclopedia Britannica la litera "L".

Nu, bineînțeles că nu am face asta, am căuta definiția cu ajutorul lui Google.

Și poate că am da peste ceva.

Și ceea ce am putea găsi --

și practic orice care se referă la lucrurile cu care suntem obișnuiți,

poate fi aruncat.

Și atunci probabil că ai da peste ceva ca și acesta.

Care ne spune niște lucruri complicate

care țin de foarte multe concepte.

Cine ar putea să scrie

ceva atât de complicat și de complex

și fără sens?

Oh, în realitate este un set de concepte foarte, foarte importante.

Așa că voi scoate în evidență doar câteva cuvinte,

iar faptul că enunțăm definiții de genul acesta

înseamnă că lucrurile nu se bazează

pe aminoacizi sau frunze

sau altceva cu care suntem obișnuiți,

dar, de fapt doar pe procese.

Și dacă ne uităm la acestea,

aceasta a fost de fapt într-o carte pe care am scris-o despre viață artificială.

Și asta explică de ce

managerul de la NASA a fost de fapt în biroul meu de la bun început.

Pentru că ideea era că, datorită conceptelor ca acesta,

poate că vom putea să creăm

o formă de viață.

Și dacă începi să te întrebi,

"Ce poate fi viața artificială?"

dați-mi voie să vă duc într-un tur amețitor

ce prezintă felul în care am creat acest concept.

Și totul a început cu destul de multă vreme în urmă

când cineva a scris

unul din cele mai de reușite virusuri de computer.

Și pentru cei dintre voi care nu sunt destul de bătrâni,

nu știți cum funcționa acestă infecție cu virus --

în special prin aceste discuri flexibile.

Dar un lucru interesant despre aceste infecții cu virus

era faptul că dacă ne uităm la ritmul

cu care infecția cu virus funcționa,

arată un comportament țepos

cu care suntem obisnuiți la un virus de gripă.

Și acest lucru se întâmplă din cauza cursei înarmărilor

dintre hackeri și proiectanții sistemelor de operare

și lucrurile oscilează.

Și rezultatul este un fel de copac al vieții

al acestor viruși,

o filogenie care seamănă foarte mult

cu formele de viață cu care suntem obișnuiți, cel puțin la nivel viral.

Deci este aceasta viață? Nu, în ceea ce mă privește.

De ce? Pentru că aceste lucruri nu evoluează singure.

De fapt sunt hackeri care le scriu.

Dar ideea a fost dusă foarte repede puțin mai departe

când un cercetător a avut următoarea idee,

"Ce-ar fi să punem împreuna acești viruși

în lumi artificiale în interiorul computerului

si să ii lăsăm sa evolueze?"

Și acest cercetător a fost Steen Rasmussen.

Și el a creat acest sistem, dar el nu a funcționat,

pentru că virușii lui se distrugeau constant unul pe celălalt.

Dar a existat un alt om de știință care a urmărit acest fenomen, un ecolog.

Și el a mers acasă și a spus: "Știu cum să rezolv această problemă."

Și a scris sistemul Tierra,

și, în cartea mea, este de fapt unul din primele

sisteme artificiale de viață adevărate --

cu excepția faptului că aceste programe nu au crescut cu adevărat în complexitate.

Așa încât, văzând munca lui, am lucrat un pic la asta,

și am preluat eu cercertarea.

Și am decis să creez un sistem

care deține toate proprietățile care sunt necesare

să vedem evoluția complexității,

probleme din ce în ce mai complexe și care evoluează constant.

Și, bineînțeles, de vreme ce nu prea știu să scriu cod, am avut nevoie de ajutor.

Am avut sprijinul a doi studenți

de la California Insititute of Technology care au lucrat cu mine.

La stânga este Charles Offria, iar la dreapta Titus Brown.

Ei sunt astăzi profesori universitari cu reputație

la Michigan State University,

dar pot să vă asigur că pe vremuri,

nu am fost o echipă respectabilă.

Și sunt foarte fericit că nu avem nici o fotografie de atunci

cu toți trei împreună.

Dar ce este acest sistem?

Nu prea pot intra în detalii,

dar ceea ce vedeți aici arată totuși câteva din ele.

Dar ceea ce vroiam să scot în evidență

este tipul structurii populației.

Avem aici în jur de 10000 de programe.

Și toate tulpinele diferite sunt colorate diferit.

Și după cum vedeti, avem grupuri care cresc unele deasupra celorlalte,

pentru că se răspândesc.

Ori de câte ori avem un program

care este mai capabil să supraviețuiască,

datorită anumitor mutații pe care le-a acumulat,

va reuși să se extindă peste ceilalți și să îi extermine.

Am să vă arăt un film în care veți vedea o astfel de dinamică.

Și aceste feluri de experimente au fost începute

cu programe pe care le-am scris singuri.

Le scriem, le multiplicăm,

și suntem foarte mândri de asta.

Și apoi le implementăm, și ceea ce veți vedea imediat

este fapul că există mai multe valuri de inovație.

Apropo, acesta prezentare este foarte accelerată,

viteza fiind de o mie de generații pe secundă.

Dar imediat sistemul va spune,

"Ce fel de cod stupid a fost acesta?

Acesta poate fi îmbunătățit în atât de multe feluri

foarte repede."

Deci vedeți valuri de tipuri noi

care domină celelalte tipuri.

Și acest fel de activitate se desfășoară pentru o vreme,

până când lucrurile importante și usoare au fost asimilate de aceste programe.

Și apoi se poate observa o perioadă de inactivitate

în care sistemul de fapt așteaptă

ca o nouă formă de inovatie, ca și aceasta,

să apară și să se extindă

peste toate celelalte inovații de mai înainte

și această formă șterge genele care existau înainte,

până când un nou tip mai înalt de complexitate a fost atins.

Și acest proces se continuă la infinit.

Deci ceea ce vedem aici

este un sistem care trăiește

în modul pe care suntem obisnuiți să-l numim viață.

Dar ceea ce oamenii de la NASA m-au întrebat de fapt

a fost: "Au acești indivizi

o biosemnătură?

Putem să măsurăm o astfel de formă de viață?

Pentru că dacă putem,

poate că avem o șansă să descoperim cu adevărat viață

și în altă parte fără să fim părtinitori

din cauza unor lucruri ca aminoacizii."

Astfel că am spus, "Păi, probabil că ar trebui să construim

o biosemnatură

bazată pe viață ca un proces universal.

De fapt, poate că ar trebui de fapt să folosim

din conceptele pe care le-am dezvoltat

tocmai pentru a înțelege

ce ar fi un sistem de viață simplu."

Și lucrul pe care l-am născocit a fost --

trebuie să vă ofer o introducere a ideii,

și poate aceasta ar fi un detector de înțelesuri,

mai degrabă decât un detector de forme de viață.

Și felul în care am face acest lucru --

aș dori să aflu cum aș putea distinge

un text care a fost scris de un milion de maimuțe,

spre deosebire de un text care îl găsim în cărțile noastre.

Și aș dori să fac acest lucru în așa fel

încât să nu trebuiască să fiu capabil să citesc în acea limbă,

pentru că sunt sigur că nu aș reuși.

Atâta vreme cât știu că există un anume fel de alfabet.

Deci aici am avea o distribuție

a frecvenței de apariție

pentru fiecare din cele 26 de litere ale alfabetului

într-un text scris de maimuțe alese aleatoriu.

Și bineînțeles că fiecare din aceste litere

apare cu aproximativ aceeași frecvență.

Dar dacă ne uităm acum la aceeași distribuție în textele englezesti,

arată în felul următor.

Și vă spun, acest lucru este specific pentru textele englezesti.

Și dacă mă uit la un text în franceză, arată puțin diferit,

și la fel se întâmplă în italiană și germană.

Toate au un tip propriu a distribuției de frecvențe,

dar e unul robust.

Nu contează dacă textul contine informații despre politică sau știință.

Nu contează dacă este o poezie

sau dacă este un text matematic.

Avem o semnătură robustă,

și care este foarte stabilă.

Atâta vreme cât cărțile noastre sunt scrise în engleză --

pentru că oamenii le rescriu și le recopiază --

semnătura va continua să fie acolo.

Deci acest fenomen m-a inspirat să mă gândesc,

ce-ar fi dacă aș încerca să folosesc această idee

nu doar ca să deosebesc texte aleatorii

de textele cu înțeles,

ci pentru a detecta faptul că există înțeles

în biomoleculele care alcătuiesc viața.

Dar trebuie să întreb întâi:

ce sunt aceste elemente de construcție, ca alfabetul, elementele pe care vi le-am arătat?

Se pare că avem multe alternative diferite

pentru un astfel de set de elemente de construcție.

Am putea folosi aminoacizi,

am putea folosi acizi nucleici, acizi carboxilici, acizi grași.

De fapt, chimia este extrem de bogată, iar organismul nostru folosește mulți din ei.

Și astfel, pentru a testa ideea,

am cercetat întâi aminoacizii și câțiva alți acizi carboxilici.

Și aici avem rezultatul.

Aici avem, de fapt, ceea ce obținem

dacă, spre exemplu, ne uităm la distribuția aminoacizilor

într-o cometă sau în spațiul interstelar

sau, de fapt, într-un laborator,

unde te-ai asigurat că în supa ta primordială

nu există niciun fel de organism viu.

Ceea ce vei găsi sunt cel mult glicină și apoi alanină

și mai există ceva urme din ceilalți aminoacizi.

Aceasta este de asemenea foarte robust --

ceea ce găsim în sisteme ca și Pământul

unde există aminoacizi,

dar nu există viață.

Dar să presupunem că luăm niște sol

și răscolim prin el

și apoi îl punem în aceste spectometre,

pentru că există bacterii peste tot;

sau luăm apă de oriunde de pe Pâmănt,

pentru că este plină de viață,

și faci aceeași analiză;

spectrul arată complet diferit.

Bineînțeles, mai găsim încă glicină si alanină,

dar, de fapt, există aceste elemente grele, acești aminoacizi grei,

care sunt produși

pentru că aceștia sunt importanți pentru organism.

Iar alți aminoacizi

care nu sunt folosiți în setul de 20,

ei nu vor apare deloc

în nici un tip de concentrație.

Deci și aceasta se dovedește a fi extrem de robustă.

Nu contează ce fel de sediment ai mărunțit,

fie că e vorba de bacterie sau de orice alt fel de plante sau animale.

Oriunde este viață,

te vei întâlni cu o astfel de distribuție,

spre deosebire de cealaltă distribuție.

Și acest lucru este detectabil nu numai în aminoacizi.

Acum, îti poți pune întrebarea:

deci, ce e cu acești Avidieni?

Avidienii fiind locuitorii acestei lumi computerizate

unde sunt perfect mulțumiți să se înmulțească și să crească în complexitate.

Deci obținem această distribuție

dacă nu există viață.

Au aproximativ 28 de instrucțiuni ca acestea.

Și dacă ai un sistem unde se înlocuiesc unele pe altele,

e ca și cum maimuțele ar scrie la o mașină de scris.

Fiecare din aceste instrucțiuni apare

cu aproximativ aceeași frecvență.

Dar dacă luăm un set de programe care se reproduc

precum în videoul pe care l-ați urmărit,

arată astfel.

Deci există anumite instrucțiuni

care sunt extrem de valoroase pentru aceste organisme,

și frecvența lor va fi ridicată.

Și există de fapt anumite instrucțiuni

care sunt folosite, probabil o singură dată.

Deci ele sunt fie nocive

fie ar trebui folosite și mai rar decât sunt utilizate aleator.

În acest caz, frecvența este scăzută.

Iar acum putem vedea dacă avem într-adevăr o semnătură robustă.

Pot să vă spun că ea este robustă,

deoarece acest tip de spectru, așa cum ați văzut in cărți,

și așa cum ați văzut în aminoacizi,

nu contează deloc cum schimbi mediul, este foarte robust,

nu va fi afectat de mediu.

Deci am să vă arăt acum un mic experiment pe care l-am făcut.

Și vreau să vă explic,

partea de sus al acestui grafic

arată acea distribuție de frecvență de care v-am vorbit.

Aici, de fapt, avem un mediu lipsit de viață

în care fiecare instrucțiune apare

cu o frecvență egală.

Și mai jos aici, vă arăt, de fapt,

rata de mutație a mediului.

Și încep demonstrația de la o rată de mutație atât de înaltă

încăt, chiar și dacă ai introduce

un program care se reproduce și care

în alte condiții ar fi capabil să se dezvolte

și să se extindă în tot mediul,

dacă îl introduc, va fi suferi mutații fatale imediat.

Deci viața nu este posibilă

la acea rată de mutație.

Dar apoi am să reduc intensitatea fenomenului, ca să zic așa,

și atunci apare acest prag de viabilitate

la care acum ar fi posibil

unui program autocopiant să trăiască cu adevărat.

Și, într-adevăr, îi vom lansa

în această supă tot timpul.

Să vedem cum arată procesul.

Deci, la început, nimic, nimic.

Prea cald, prea cald.

Acum pragul de viabilitate a fost atins,

și distribuția frecvenței

s-a schimat dramatic și, de fapt, se stabilizează.

Și ceea ce am făcut acolo arată că

am fost rău și am dat drumul la căldură din nou și din nou.

Și, bineînțeles, ajunge din nou la pragul de viabilitate.

Și vă arăt aceasta din nou pentru că este atât de interesant.

Ajungi la pragul de viabilitate.

Distribuiția se schimbă la "în viață!".

Și apoi, o dată ce ajungi la pragul

unde rata de mutație este atât de ridicată

încât nu se poate auto-reproduce,

nu poți copia această informație

mai departe urmașului tău

fără să faci atât de multe greșeli

încât abilitatea ta de a copia dispare.

Și apoi această semnătură se pierde.

Ce am învățat din asta?

Cred că am învățat un număr de lucruri din asta.

Unul din ele este:

dacă suntem capabili să ne gândim la viață

în termeni abstracți --

și nu vorbim aici despre lucruri cum ar fi plantele,

și nu vorbim aici despre aminoacizi,

și nu vorbim aici despre bacterii,

dar ne gândim în termeni de procese --

atunci putem începe să ne gândim la viață,

nu ca la ceva atât de special pentru Pământ,

dar ca la ceva care ar putea, de fapt să existe oriunde.

Pentru că are de-a face doar

cu aceste concepte de informație,

de stocare a informației

în substraturile fizice --

orice: biți, acizi nucleici,

orice care este un alfabet --

și care se asigură că există procese

prin care această informație poate fi stocată

pentru mult mai multă vreme decât ne-am aștepta

că este necesar pentru deteriorarea informației.

Și dacă poți face acest lucru,

atunci ai viață.

Deci primul lucru pe care l-am învățat

a fost faptul că este posibil să definim viața

doar în termeni de procese,

fără să ne referim deloc

la genul de lucruri pe care le îndrăgim,

în ceea ce privește tipul de viață de pe Terra.

Și aceasta într-un fel ne distanțează din nou,

ca și toate descoperirile noastre știintifice, sau multe dintre ele --

e această continuă detronare a omului --

de gândul că suntem speciali doar pentru că suntem în viață.

Noi putem crea viață. Putem crea viață într-un calculator.

Sunt de acord că este limitată,

dar am învățat ce este necesar

de fapt pentru a o construi.

Și odată ce avem acest lucru,

apoi nu mai este o sarcină atât de dificilă

să spunem, dacă întelegem procesele fundamentale

care nu se referă la niciun substrat anume,

atunci putem să ne extindem orizontul

și să încercăm alte lumi,

să înțelegem ce fel de alfabete chimice ar mai putea să existe,

să cunoaștem destule despre chimia normală,

geochimia planetei,

astfel încât să știm cum ar arăta această distribuție

în absența vieții,

și apoi să căutăm deviații mari de la acesta --

acest lucru care iese în evidență, care ne spune,

"Acest compus chimic nu ar trebui să existe acolo."

Nu știm că există viață acolo,

dar am putea spune,

"Păi, măcar va trebui să examinez foarte precis acest compus chimic

și să văd de unde provine."

Și aceasta ar putea să fie șansa noastră

să descoperim, în sfârșit, viață

acolo unde nu o putem vedea imediat.

Și acesta este unicul mesaj de luat acasă

pe care-l am pentru voi.

Viața poate fi mai puțin misterioasă

decât o facem noi să fie

atunci când încercăm să ne gândim cum ar fi pe alte planete.

Și dacă îndepărtăm misterul vieții,

atunci cred că ne va fi puțin mai ușor

să ne gândim la felul în care trăim,

și că poate nu suntem atât de speciali cum credem întotdeauna că suntem.

Și am să închei cu acest gând.

Și vă mulțumesc foarte mult.

(Aplauze)