Життя, про яке ми нічого не підозрювати

Як дослідити життя у Всесвіті, коли воно зовсім не схоже на життя в нашому розумінні? Крістофер Адамі розповідає, як він використав власні дослідження штучного життя - самовідтворюваних комп'ютерних програм - для пошуку характерних рис, "біосигнатур", які виходять за рамки наших уявлень про сутність життя.

У мене - дивакувата професія.

Я знаю це, бо до мене підходять різні люди, як от колеги,

і кажуть: "Кріс, у тебе дивакувата професія."

(Сміх)

І я розумію, що вони мають на увазі,

тому що я розпочав свою професійну діяльність

як теоретик ядерної фізики.

І я цікавився кварками і глуонами

і колізіями важких металів,

і мені тоді було лише 14.

Ні, брешу, мені не було тоді чотирнадцяти років.

Але пізніше,

я таки насправді мав власну лабораторію

у відділі обчислювальної неврології,

але я зовсім не займався неврологією.

Пізніше я працював над проблемами еволюційної генетики,

і системної біології.

Але сьогодні я збираюсь розповісти вам щось зовсім інше.

Я збираюсь розповісти вам

про те як я дізнався дещо про життя.

Я був тоді ракетним інженером.

Ну, насправді, я не був ракетним інженером,

але я працював

в Лабораторії реактивного руху

у сонячній Каліфорнії, де так тепло;

в той час як зараз я живу на середньому заході,

де дуже холодно.

Це було для мене чудовим досвідом.

Одного дня до мене заходить один з керівників НАСА

сідає і каже:

" Ти можеш нам розповісти,

як нам шукати життя за межами Землі?"

Мені це звалилося на голову як грім з неба,

бо мене насправді найняли

для роботи над квантовими обчисленнями.

Однак, в мене була про запас одна хороша відповідь.

Я сказав: " Поняття не маю."

І він відповів мені: " Біосигнатури,

нам потрібно шукати біосигнатури."

І я запитав: " А що це?"

І він сказав: " Це будь- яке вимірне явище

що дозволяє нам виявити

наявність життя."

І я сказав: "Справді?

Невже все не набагато простіше?

Я маю на увазі, маємо слово "життя".

Невже не можна просто сформулювати його визначення,

таке собі всеохопне визначення "життя"?"

А потім я трохи замислився над цим і сказав:

" Це має бути зовсім просто, чи не так?

Тому що, справді, коли бачиш щось на подобі цього,

я погоджуюсь, так, я можу це називати життям -

безсумнівно.

Але ось дещо інше.

"Ну.,добре, добре! Це життя також, я сам знаю."

Крім того, якщо ви вважаєте, що життя визначається

смертністю,

то тут ви потрапили в халепу,

бо ось вам досить дивний організм.

Він виростає до стадії дозрівання,

а далі проходить такий собі цикл Бенжаміна Баттона,

і поступово зменшуєтья, зменшується

аж доки не стане маленьким ембріоном знову,

а потім все починається спочатку, знову вверх і знову вниз - за принципом йо-йо -

і ніколи не вмирає.

Отже це насправді життя,

але це не зовсім

життя в нашому з вами розумінні.

А тепер ви бачите, щось інакше.

І ви думаєте: " Що це в біса, за форма життя?"

Хтось знає?

Це насправді не життя - це кристал.

Отже, коли починаєш дивитися

на все менші і менші об'єкти -

Власне, цей чоловік

написав цілу книжку і заявив: " Це - бактерії."

Але якщо придивитись трошки ближче,

ви побачите, що насправді ці об'єкти надто маленькі, щоб бути бактеріями.

Тому він був переконаний,

але більшість людей - не переконані.

Іншим кроком було те,

що НАСА зробила гучну заяву,

і президент Клінтон провів прес-конференцію,

про дивовижне відкриття

життя на марсіанському метеориті.

Хоча сьогодні це все піддається великому сумніву.

Якщо ви правильно зробите висновки з усіх цих картинок,

ви усвідомите, що це не зовсім просто.

Можливо, мені і справді потрібне

визначення життя

для того щоб провести чітку лінію відмінності.

Тож, чи можна дати визначення " життя"?

Як би ви це зробили?

Звичайно,

ви б відкрили Велику Британську Енциклопедію на літері " Ж".

Та ні, звичайно ви б цього не зробили; ви б ввели це слово в Гуглі.

І ви б звичайно ж щось та отримали.

І що б ви, мабуть, отримали -

з того, що прямо відноситься до речей які нам знайомі,

ви б просто змарнували шмат свого життя.

І ви б тоді отримали б щось на зразок цього.

Тут йдеться про щось дуже дуже складне

з великою кількістю понять.

Хто в біса міг написати щось

настільки заплутане і важке

і позбавлене змісту?

Ну, насправді, це набір дуже важливих понять.

Я виділю лише певні слова.

і використавши наступне визначення

я покладаюся на те, що зовсім не пов'язане з

амінокислотами чи листям

чи будь чим до чого ми звикли,

але лише на процеси.

І якщо ви придивитесь ближче,

то побачите, що це взято з книги, яку я написав про штучне життя.

І це пояснює чому

керівник НАСА насправді прийшов до мене в кабінет.

Тому що основна ідея полягала в тому, що з поняттям як це,

ми можемо насправді створити

певну життєву форму.

І якщо ви раптом запитаєте самі себе:

" Що таке штучне життя?",

дозвольте провести вам швидкий екскурс

як ця вся справа виникла.

Все почалось досить давно

коли хтось написав

один з найбільш успішних комп'ютерних вірусів.

Для тих з вас хто, в силу свого віку,

не має зеленого поняття, як ця зараза працює -

особливо, через ці так звані дискети.

Цікавим стосовно цих вірусів є той факт,

що якщо ви поглянете на швидкість

з якою він працює, ви помітите,

що він має ту уривчасту поведінку

яку ви добре знаєте з вірусу грипу.

І саме через гонитву озброєнь

між хакерами і дизайнерами операційних систем

такий уривчастий рух і виникає.

Результатом цього є певне дерево життя

цих вірусів,

філогенез, що дуже схожий

на той тип життя до якого ми звикли, бодай у формі вірусу.

То чи є це життям? Не в мому розумінні.

Чому? Тому що це все не виникає самостійно.

Насправді, це хакери їх пишуть.

Але цю ідею одназу швидко розвинули

коли дослідник Інституту Санта Фе вирішив,

" Чому б нам не спакувати ці маленькі віруси

в штучний світ всередині нашого комп'ютера

і випустити на свободу?"

Це був Стівен Расмуссен.

І він створив таку систему, але вона не запрацювала,

бо його віруси почали знищувати один одного.

Але був і інший науковець, який за цим спостерігав, еколог.

І він прийшов додому і сказав: "Я знаю, як це владнати."

І написав систему Тієра,

і в моїй книжці це насправді один з перших прикладів

справжніх штучних життєвих систем -

хоча ці програми не надто вдосконалилися з того часу.

Тож ознайомившись з цією працею,

ось до чого я дійшов.

І я вирішив створити систему

яка має всі властивості, необхідні

для дослідження складного процесу еволюції,

і яка б виявляла все складніші і складніші проблеми розвитку.

І, оскільки, я не вмію писати програм, в мене були в цьому ділі помічники.

В мене було 2 студенти - випускники

в Каліфорнійському Технологічному Інституті, які працювали зі мною.

Це Чарльз Офрія зліва і Тітус Браун справа.

Зараз вони вже є поважними професорами

в Мічіганському Державному Університеті,

але тоді, я вас можу запевнити,

наша команда не була такою поважною.

І я дуже щасливий що не збереглось жодних фотографій,

де б ми всі троє були.

Тож, як виглядала ця система?

Не буду вдаватись до глибоких деталей,

але те, що ви зараз бачите, є її внутрішніми елементами.

Але я б хотів звернути увагу на

структуру її розшарування.

Туди запущено більше 10,000 програм.

І різні їх види - зображені різними кольорами.

Як ви бачите ось тут, деякі види розростаються поверх інших,

оскільки вони розмножуються.

За будь- яких обставин знайдеться програма,

яка буде більш пристосованою до цього середовища,

і змутує таким чином,

що витіснить інших, аж поки вони не зникнуть.

Я вам зараз покажу запис, на якому видно цей процес.

Цей процес розпочався

з програм які ми написали власноручно.

Ми написали власне програмне забезпечення цієї системи, скопіювали її,

і дуже пишалися собою.

Далі ми ввели її в систему і, як ви одразу помітите,

одразу почали виникати нові і нові хвилі оновлення.

До речі, зображення - дуже прискорене,

так що ви бачите тисячі поколінь на секцнду.

Система одразу ж стає однорідною,

" Що це за дурнувата система кодування?

ЇЇ ж можна покращити мільйонами способів

і дуже швидко."

Зараз ви бачите, як хвилі нового зразка

захоплюють інший тип.

І це все триває досить довго,

аж поки ця програма захоплює все те, що може захопити.

А далі, як бачите,виникає такий собі період застою,

під час якого система восновному чекає

на новий інноваційний механізм, як ось цей,

який буде знову ж таки поширюватися

поверх всіх інших механізмів, що були до того

і руйнує свою попередню генну структуру,

аж поки не досягає нового рівня вдосконалення.

І так триває до безконечності.

Тож, те, що ми зараз бачито

є системою, що живе

у розумінні схожому до нашого .

Але що хотіли працівники НАСА довідатись

було :" Чи вони

мають біосигнатуру?

Чи ми можемо виміряти цей тип життя?

Бо, якщо так,

то ми теоретично маємо шанс відкрити життя і де - інде

упередженого ставлення

до речей з розряду амінокислот."

Тоді я відповів: " Можливо ми зможемо сконструювати

біосигнітуру,

що буде базуватись на житті як універсальному процесі.

Можливо, вона може були побудована на основі

консептів, які я виділив

для визначення

простої життєвої системи."

Те, що я отримав

Я спочатку введу вас в курс справи,

що це буде більше визначенням значення

ніж самого життя.

І ось спосіб, за допомогою якого ми це зробимо -

Я хотів би визначити, як мені розрізнити

текст написаний мільйонами мавп,

від текстів в наших книжках.

І я хотів би зробити це таким чином

щоб мені не довелося читати мову,

бо я, очевидно, не зміг би цього робити.

Якщо б вони використовували певний алфавіт.

Зараз ви бачите графік частотності того

як часто зустрічається

кожна з 26 літер алфавіту

в тексті, випадково написаному мавпами.

Цілком зрозуміло, що кожна з цих літер

трапляється в тексті з певною частотністю.

Якщо ви зараз поглянете на розпреділення літер в англійських текстах,

воно виглядатиме так.

І можна сказати, що ця тенценція досить міцна в англійських текстах.

Якщо ми розглянемо французькі тексти, загальна картина виглядатиме по-інакшому,

так само як в італійській чи німецькій.

Всі вони мають свою унікальну часоту розпреділеня.

і вона досить стала.

Немає значення, чи ці тексти стосуються політики чи науки.

Це може так само бути вірш

чи математична формула.

Це стала риса,

дуже стабільна.

Так само і наші книжки написані англійською -

люди постійно їх переписують і копіюють -

тому ця все можна простежити на їх прикладі.

Це наштовхує мене на думку

про можливість використання цього принципу

не для розпізнавання випадкового тексту

від значущого,

але, радше, для розпізнавання значення

біомолекул, що складають життя.

Але спершу, мушу запитати:

Що це за будівельні матеріали, елементи, схожі на алфавіт, які я вам хочу показати?

Виявляється, ми маємо багато альтернатив

для їх визначення.

Ми можемо використати амінокислоти,

нуклеїнові кислоти, карбонові кислоти, жирні кислоти.

Насправді, хімічних елементів дуже багато, і наше тіло використовує велику кількість з них

Тож давайте спочатку проаналізуємо цю ідею,

і розглянемо амінокислоти і деякі інші карбонові кислоти.

Ось що ми отримаємо.

зараз ви можете побачити

наприклад, як виглядає розподіл амінокислот

на кометі чи міжзірковаму просторі

чи, навіть в лабораторії,

де ви абсолютно впевнені, що в вашому первинному бульйоні

немає жодних живих організмів.

Тут ми бачимо найбільший вміст гліцину і аланіну,

а також сліди інших елементів.

Ця закономірність є так само дуже стабільною -

навіть для систем схожих на Землю

де є амінокислоти,

але немає життя.

Але якщо ми візьмемо грудку грунту

і розпушимо її

і помістимо її під один з спектрометрів,

ви побачите що вона кинить бактеріями;

або, припустимо, візьмете воду з будь-якої точки Землі,

бо вона кишить життям,

і зробимо такий самий аналіз;

цей спектр виглядатиме зовсім по-іншому.

Звичайно, тут все ще присутній гліцин і аланін,

але насправді, тут також присутні важкі елементи, важкі амінокислоти,

які виробляються,

тому що вони цінні для організму.

А деяких інших

що не входять у цей список з двадцяти пунктів,

взагалі не було виявлено

у жодній концентрації.

Це також досить стала тенденція.

Немає значення, які матеріали ви використовуєте,

чи то бактерії, чи рослини або тварини.

Всюди де буде присутнє життя,

ви знайдете розпреділення певного видо,

що буде відрізнятися від інших.

І це можна виявити не лише на прикладі амінокислот.

Зараз ви можете запитати:

Як щодо Авідіан?

Авідіанами називають так званих жителів комп'ютерного світу,

в якому вони абсолютно щасливі, відтворюючись і еволюціонуючи.

Це - тип розпреділення, який ви отримаєте,

якщо життя відсутнє.

всього тут вказано 28 з цих опцій.

І якщо взяти систему, в якій вони взаємозамінні,

то це буде нагадувати те, що надрукували мавпи.

Кожна з цих опцій з'являється

з приблизно однаковою частотністю.

Але якщо ви розглянете всі ці відтворювальні створіння в сукупності,

як на відео, яке ви бачили,

дистрибуція виглядатиме приблизно так.

Одже, є деякі опції

які надзвичайно важливі для цих організмів,

і тому їх частота буде високою.

Також є деякі опції,

які використовуються в кращому разі лише раз.

Тобто вони або отруйні,

або, насправді, повинні використовуватись лише за певних рідкісних умов.

В цьому випадку, частотність знижується.

Одже, тепер ми можемо замислитися, чи це все є сталою сигнатурою?

Як на мене, то є,

тому що цей тип спектру нагадує той, який ви бачили з книжками,

і той, що ви бачили на прикладі амінокислот,

і зовсім немає значення наскільки ви змінюєте середовище, він - дуже стабільний;

він відображає середовище.

Зараз я покажу вам невеличний експеримент, який ми провели.

І я мушу пояснити вам наступне,

цей верхній графік

демонструє частотну дистрибуцію про яку я говорив.

Тут ми бачимо нежиттєве середовище,

де виникають всі можливі опції

з однаковою частотністю.

А знизу я зобразив

швидкість мутації навколишнього середовищі.

І я почну з настільки високої швидкості мутації

що, навіть якщо ви призупинете

процес відтворення,

ці елементи будуть і надалі безперешкодно розростатися,

аж поки не заповнять ціле середовище,

і якщо не проконтролювати цей прцес, то вони будуть мутувати аж до настання смерті.

Отже, немає життя

при такій швидкості мутацій.

Але потім я збавлю обороти, так би мовити,

так щоб вони відповідали порогу життєспроможності,

при якому буде можливо

вижити.

І далі ми будемо додавати все нові і нові "організми"

в це середовище.

Отже, давайте подивимось, як це виглядатиме.

Отже, спочатку нічого, нічого, нічого.

Занадто жарко, все ще зажарко!

Тепер ми вже досягли порогу життєспроможності,

і частотність дистрибуції

кардинально змінилася, тобто стабілізувалась.

А потім я зробив наступне:

я був нестерпним і знову почав добавляти жару все більше і більше.

І, звичайно ж, середовище знову досягло порогу життєспроможності.

Я вам ще раз прокручу цей момент, бо він дуже милий.

Досягається поріг життєспроможності.

починають коливатися параметри дистрибуції

І, нарешті, коли знову настає цей поріг,

при якому швидкість мутації є максимально високою,

так що процес відтворення собі подібних унеможливлюється,

бо стає важко передати інформацію

нащадкам

без значних помилок,

сама можливість відтворюватися зникає.

І тоді ми втрачаємо сигнітуру.

Що ж ми з цього всього дізналися?

Ну, думаю, досить багато всього.

Серед цього всього і те,

що ми можемо розмірковувати про життя

як про абстрактне поняття -

не про об'єкти що схожі на рослин,

чи амінокислоти,

чи навіть бактерії,

але ми розмірковуємо на рівні процесів -

далі ми можемо розмірковувати про життя

не як про щось унікальне на землі,

але як таке, що може існувати будь-де.

Тому що єдине що має значення в цьому сенсі

це ті найменші частинки інформації,

а саме збереженої інформації

в межах фізичного середовища -

це може бути будь-що: біти, амінокислоти,

будь-що, що є своєрідним алфавітом -

а також певний процес,

за допомогою якого цю інформацію можна зберігати

на період часу довший за той,

який неодхідний для її мутації.

І якщо таке можливо,

то ви маєте справу з життям.

Отже, по-перше, ми дізналися

про те, що життя можна визначити

за допомогою самих лише процесів,

без посилання

на речі, які для нас є такими рідними,

бо вони відображають тип життя на Землі.

І ще одна річ, що розвіює наші уявлення,

і навіть деякі наукові уявлення, чи навіть багато з цих уявлень -

які ніби скидають людину з престолу -

про те, що ми вважаємо себе особливими, тому що ми живі.

Виявляється, ми можемо створити життя самі. Ми можемо створити життя всередині нашого комп'ютера.

Звичайно ж, воно дуже примітивне,

але ми дізналися, що потрібно для того

щоб насправді його зконструювати.

І коли ми це все дізналися,

то це перестає бути чимось надтяжким

якщо, припустимо, ми знаємо про фундаментальні процеси,

які не відносяться до певного середовища,

ми можемо розширити свій кругозір

і дослідити інші світи,

визначити хімічний алфавіт, який в них присутній,

визначити типовий хімічний склад,

геохімію планети,

для того щоб дізнатися, як виглядає її приблизний розподіл (дистрибуція)

незважаючи на відсутність життя,

а потім знайти відхилення від цієї дистрибуції -

щось, що буде випадати з загальної схеми, що вказує на наступне:

" Цей хімічний елемент - не на свому місці."

За цих умов, ми не дізнаємось, чи є насправді там життя,

але ми зможемо сказати собі:

" Принаймні я детально досліджу цей хімічний елемент

і дізнаюся звідки він походить."

І це може бути нашим шансом

фактичного відкриття життя,

якого ми не можемо побачити зорово.

І саме це є основною інформацією, яку треба запам'ятати

з моєї презентації.

Життя може бути менш містичним

ніж ми його уявляємо

в межах інших планет.

І якщо ми позбудемося такої містики,

нам буде набагато легше

замислитись над нашим життям,

і над тим, що ми не такі особливі, як ми себе вважаємо.

І на цьому я завершу.

Дуже Вам дякую.

(Оплески)