การเกิดขึ้นโดยธรรมชาติของตัวจำลองในชีวิตเทียม

หนึ่งในหินมุมของ The Selfish Gene (Dawkins) คือการเกิดขึ้นโดยธรรมชาติของตัวลอกเลียนแบบเช่นโมเลกุลที่สามารถทำซ้ำตัวเองได้

สิ่งนี้ได้รับการจำลองใน silicoในการจำลองชีวิต / วิวัฒนาการเทียมปลายเปิดหรือไม่?

ระบบเช่น Avida หรือ Tierra ระบุกลไกการจำลองแบบอย่างชัดเจน ขั้นตอนวิธีเชิงพันธุกรรมอื่น ๆ / ระบบการโปรแกรมเชิงพันธุกรรมอย่างชัดเจนค้นหากลไกการจำลองแบบ (เช่นเพื่อลดความซับซ้อนของตัวสร้างสากล von Neumann)

เชื่อมโยงไปยังแบบจำลองที่ยินดีต้อนรับผู้ลอกเลียนแบบจากซุปดิจิตอลยุคแรก

แนวทางของระบบ

ลองออกไปทำซ้ำระบบเรียลไทม์$S: \mathcal{X} \Rightarrow \mathcal{Y} \; | \; I$ที่$\mathcal{X}$คือประวัติความเป็นมาอย่างต่อเนื่องเชิงประจักษ์ของการป้อนข้อมูลและ$\mathcal{Y}$ประวัติศาสตร์อย่างต่อเนื่องเชิงประจักษ์ของการส่งออกเครื่องปรับอากาศเมื่อจริงเริ่มต้นสถานะของระบบฉัน$I$จากความหมายบางอย่างเราต้องการให้$S$มีชีวิตอยู่

เราไม่สามารถจำลองแบบจำลองทางทฤษฎีของสิ่งมีชีวิตด้วยยีนที่เห็นแก่ตัวหรือคุณลักษณะอื่นใด ๆ เพียงเพราะไม่มีแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่สามารถใช้การจำลองแบบจำลองได้ ในฐานะที่เป็นงานเขียนนี้มีเพียงคำแนะนำและ minutia ของรูปแบบดังกล่าวเป็นที่รู้จักกัน

ยิ่งไปกว่านั้นแบบจำลองเป็นตัวแทนทางคณิตศาสตร์ที่พบตลอดประวัติศาสตร์ของมนุษย์ซึ่งเป็นการประมาณความซับซ้อนเมื่อความผิดปกติได้รับการแก้ไขและโมเดลใหม่ที่พัฒนาขึ้นเพื่อรวมเข้ากับทฤษฎี ¹

การจำลองที่กำหนดโดยประมาณ

$\mathcal{A}$$S$

• $S$$H$
• $I$
• $\mathcal{X}_t$$\mathcal{X}$
• $\mathcal{Y}_t$$\mathcal{Y}$
• $\epsilon$

การเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ

โดยการเกิดขึ้นเองตามธรรมชาตินั้นหมายถึงว่าอาร์เรย์เริ่มต้นขนาดใหญ่ของรัฐและลำดับของสิ่งเร้าที่เกิดขึ้นนั้นมีความน่าจะเป็นสูงที่หนึ่งในพีชคณิตมีชีวิตอยู่บนพื้นฐานของคำจำกัดความเฉพาะที่สมเหตุสมผลและสมเหตุสมผลของสิ่งมีชีวิต

กำหนดชีวิตคืออะไร

ทบทวนคำจำกัดความของสิ่งมีชีวิตหลายนิยามที่เหมาะสมที่สุดรวมถึงสิ่งเหล่านี้:

• สิ่งมีชีวิตสามารถแตกต่างจากสภาพแวดล้อม
• สิ่งมีชีวิตสามารถรับและแคชพลังงานที่อาจเกิดขึ้นและวัสดุที่จำเป็นในการทำงาน
• การดำเนินงานของ บริษัท รวมถึงการเข้าซื้อกิจการอย่างต่อเนื่องสร้างความสัมพันธ์แบบสองทิศทางและยั่งยืนกับสภาพแวดล้อม
• สิ่งมีชีวิตสามารถทำซ้ำอย่างหยาบ ๆ
• การทำสำเนานั้นคล้ายกับ แต่ไม่เหมือนกับพ่อแม่
• วิธีการรับพลังงานและวัสดุอาจรวมถึงการใช้สิ่งมีชีวิตอื่นหรือพลังงานและวัสดุ

การแข่งขันเพื่อทรัพยากรการคัดเลือกโดยธรรมชาติและคุณสมบัติอื่น ๆ ของทฤษฎีวิวัฒนาการมีความสอดคล้องกับข้อกำหนดห้าข้อข้างต้น นอกจากนี้แนวโน้มในปัจจุบันที่มีต่อการตระหนักถึงความสัมพันธ์ทางชีวภาพในรูปแบบทั่วไปในการเกิดขึ้นของสปีชีส์ไม่ควรถูกไล่ออก

• การจำลองแบบของสิ่งมีชีวิตหนึ่งอาจได้รับอิทธิพลจากองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตอื่นผ่านรูปแบบของการดูดซึมหรือ symbiosis เช่นลักษณะที่ถูกส่งผ่านข้ามประเภทของสิ่งมีชีวิต

ชีวิตเทียมเป็นแบบจำลอง

เกณฑ์ทั้งเจ็ดนี้เป็นสิ่งที่ท้าทายสำหรับมนุษย์ที่พยายามสร้างชีวิตขึ้นมา มันง่ายในการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อให้ชีวิตจำลองในบางวิธี พิจารณาอย่างไร

• สภาพแวดล้อมประกอบด้วยพลังงานเสมือนและสสารเสมือน
• แบบจำลองของสิ่งมีชีวิตที่แตกต่างจากสภาพแวดล้อมสามารถรับความต้องการการดำเนินงานจากสภาพแวดล้อมผ่านชุดของการดำเนินงาน
• วัสดุและพลังงานได้รับการอนุรักษ์เพราะอุณหภูมิต่ำกว่าเกณฑ์นิวเคลียร์
• รูปแบบของสิ่งมีชีวิตอนุญาตให้มีการจัดหาพลังงานและวัสดุอย่างเพียงพอเพื่อรักษาแคช
• วัสดุและพลังงานที่ได้จากสิ่งมีชีวิตหนึ่งไม่สามารถถูกได้จากสิ่งมีชีวิตอื่นยกเว้นการบริโภคหรือการดูดซับของสิ่งมีชีวิตที่ได้มาหรือผลิตจากสิ่งที่ได้มา
• แบบจำลองของสิ่งมีชีวิตสามารถทำซ้ำตัวเองในลักษณะที่ความแตกต่างสุ่มในการจำลองแบบถูกนำมาใช้ในปริมาณน้อย
• ข้อมูลการดำเนินงานรวมถึงข้อมูลการจำลองอาจได้มาจากการบริโภคหรือความสัมพันธ์ทางชีวภาพภายใต้เงื่อนไขบางประการ

ยีนมหัศจรรย์สำหรับชีวิตที่เป็นธรรมชาติ

ขอให้สังเกตว่ายีนที่เห็นแก่ตัวไม่ได้กล่าวถึงข้างต้น ความเห็นแก่ตัวสิ่งที่จำเป็นต้องมีซึ่งเป็นความตั้งใจไม่ใช่สิ่งจำเป็นสำหรับชีวิต อะมีบาไม่คิดอย่างเห็นแก่ตัวเมื่อมันเคลื่อนไหวหรือกิน มันทำงานอย่างไร้จุดหมาย เราไม่ควรเปลี่ยนมนุษย์ทุกสิ่งที่เราศึกษาหรือพัฒนาทฤษฎีบนพื้นฐานแนวคิดมานุษยวิทยา

ในทำนองเดียวกันรูปแบบความสัมพันธ์ทางชีวภาพที่ไม่ได้รักและเห็นแก่ผู้อื่น พวกเขามีอยู่เพราะมีผลประโยชน์ร่วมกันที่ปรากฏว่าเป็นผลพลอยได้จากการดำเนินงานตามปกติและผู้ปกครองทั้งสองเกิดขึ้นผ่านการเชื่อมต่อทางชีวภาพที่เกี่ยวข้องกับลูกหลานของพวกเขา ผลประโยชน์ร่วมกัน symbiosis และการจำลองแบบมีไหวพริบและไม่ตั้งใจ

ไม่จำเป็นต้องมีกลไกการควบคุมที่แตกต่างจากกลไกที่จำลองแบบอื่น ๆ ทั้งหมดเพื่อควบคุมความร่วมมือทางชีวภาพหรือการแข่งขัน พวกเขาก็เป็นผลตามธรรมชาติของสิ่งมีชีวิตที่แบ่งปันสภาพแวดล้อม ไม่ว่าจะเป็นสิ่งมีชีวิตเสียชีวิตเพราะมัน

• แพ้ symbiont
• อดอยากเพราะสิ่งมีชีวิตอื่นบริโภคความจำเป็น
• สิ่งมีชีวิตนั้นหมดทรัพยากรของตัวเองหรือ
• ทรัพยากรที่ต้องการนั้นไม่สามารถใช้งานได้

มันยังคงไม่สามารถทำซ้ำดังนั้นคุณลักษณะของมันจึงตายไปด้วย

โปรดทราบว่าไม่มีโมเลกุลที่รู้จักที่สามารถทำสำเนาตัวเองได้ ระบบที่ซับซ้อนของโมเลกุลในสถานะทางเคมีและสมดุลต่าง ๆ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการสืบพันธุ์

กลับไปที่การจำลองสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่แล้ว

$S$

$\mathcal{A}$$S$

ปลายเปิดต้องมีการตรวจสอบเพื่อให้ได้รับบุญ

ข้อ จำกัด ที่สำคัญที่สุดในการใช้งานในซิลิโกคือพวกเขาไม่สามารถเปิดกว้างได้อย่างแท้จริง

ไม่มีวิธีใดในการเขียนนี้เพื่อทำซ้ำสิ่งที่ถูกจำลองภายนอกระบบจำลอง จนกว่านาโนเทคโนโลยีจะถึงจุดที่การก่อสร้างและการประกอบ 3 มิติสามารถย้ายการจำลองที่มีชีวิตไปสู่จักรวาลที่ไม่ได้รับการจำลองได้การจำลองเหล่านี้จะสิ้นสุดในทางนั้นและความเป็นไปได้ในการใช้วีโต้นั้น มูลค่าของการจำลองแบบปลายเปิดที่ไม่มีวิธีการตรวจสอบความถูกต้องเป็นศูนย์ยกเว้นความสนุก

แม้จะอยู่ในพื้นที่ของการจำลองแบบดิจิตอลเท่าที่เทคโนโลยีนั้นมีความคืบหน้าไม่มีอะไรที่ใกล้เคียงกับผู้สร้างสากลของ von Neumann ได้สำเร็จ แม้ว่าตัวสร้างสำเนาการทำงานทั่วไปจะมีอยู่ใน Scheme, LISP, C ++, Java และภาษาที่ใหม่กว่าเช่นนี้เป็นขั้นตอนเล็ก ๆ ไปสู่วัตถุที่มีชีวิตในคอมพิวเตอร์

ซุปดิจิตอล

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

ปัญหาของซุปดิจิตอลในยุคแรกคือการระเบิดครั้งหนึ่ง มีพื้นผิวโลกอยู่ที่ 510 ล้านตารางกิโลเมตรและมีกรอบเวลากำเนิดชีวิตสามประเภทเท่านั้น

• ประมาณการปัจจุบันใกล้จะถูกต้องแล้วว่าโลกก่อตัวเมื่อ 4.54 พันล้านปีก่อนและมีชีวิตดึกดำบรรพ์ที่ยิ่งใหญ่เกิดขึ้นเมื่อ 3.5 พันล้านปีก่อน
• วัสดุอินทรีย์ที่พบในประเทศแคนาดาที่ถูกกล่าวหาว่ามีจำนวน 3.95 พันล้านปีลดช่องว่างระหว่างการก่อตัวของดาวเคราะห์และการก่อตัวของสิ่งมีชีวิตบนมันและชีวิตบนบกที่มีอายุมากกว่า
• ความคิดเห็นของ Vladimir Vernadsky ว่าชีวิตอาจมีโลกที่มีอยู่ก่อนหน้าเป็นมากกว่าความเป็นไปได้

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

ด้วย nanobes ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 นาโนเมตรและความเป็นไปได้ที่การเกิดขึ้นอาจใช้เวลาเพียงหนึ่งวินาทีเราจึงต้องจำลองในสามมิติเมื่อเวลาผ่านไปโดเมนอวกาศ - เวลาต่อไปนี้ในองค์ประกอบ จำกัด ที่มีคาบเกี่ยวกันอย่างน้อย 50% ในทั้งสามมิติ

ด้วยคอมพิวเตอร์ควอนตัมขนาดสองชั้นที่มีขนาดใหญ่ของสวิตเซอร์แลนด์เวลาในการคำนวณจะเกินระยะเวลาของเผ่าพันธุ์เฉลี่ยบนโลกอย่างมากมาย มนุษย์มีแนวโน้มที่จะสูญพันธุ์ก่อนที่การคำนวณจะเสร็จสมบูรณ์

เมื่อการพบฟอสซิลที่เก่าแก่ที่สุดมาบรรจบกันในยุคของโลกมันอาจดูเหมือนว่าชีวิตเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วบนโลก แต่นั่นไม่ใช่ข้อสรุปเชิงตรรกะ หากชีวิตเกิดขึ้นเร็วที่สุดเท่าที่โลกเย็นลงอย่างเพียงพอและไม่พบหลักฐานการเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาหลายพันล้านปีที่เหลืออยู่การอนุมานของเวอร์นาดัสกี้ว่าชีวิตมาถึงบนโลกผ่านร่างกายหนึ่งหรือมากกว่านั้น

หากเป็นเช่นนั้นคุณต้องถามคำถามหากทุกข้อสมมติถูกทิ้งไว้ไม่ว่าชีวิตจะเป็นจุดเริ่มต้นก็ตาม

การจำลองชีวิตกับการจำลองการก่อตัว

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

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

การทำฟิสิกส์นอกคอมพิวเตอร์กับการจำลองอาจเป็นไปไม่ได้ ไม่ว่าจะเป็นชีวิตจำลองหากเป็นตัวเป็นตนในระบบหุ่นยนต์จริง ๆ แล้วจะได้รับการพิจารณาว่าชีวิตจะถูกปล่อยให้ลูกหลานของเราควรสายพันธุ์ยั่งยืน

เชิงอรรถ

[1] กรณีคลาสสิกรวมถึงระบบโคเปอร์นิคัส heliocentric ให้ทางกฎของแรงโน้มถ่วงกฎหมายที่ถูกแสดงให้เห็นประมาณของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปตามที่แสดงโดยการทำนายที่เหมาะสมของวงโคจรของดาวพุธและความโค้งของแสงที่อยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ แสงของการค้นพบออกซิเจนของลัวเวียร์และการพิสูจน์ความจริงในระบบสัญลักษณ์ปิดซึ่งพิสูจน์โดยGödelในทฤษฎีบทที่สองที่ไม่สมบูรณ์และจากนั้นก็ชดเชยบางส่วน (ในแง่ของความสามารถในการคำนวณ) โดยทฤษฎีบทสมบูรณ์ของทัวริง

แม้ว่าจะพิสูจน์ได้ยาก แต่ฉันก็ไม่คิดว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้น

การจำลองขั้นสูงที่สุดของคุณสมบัติระดับต่ำนั้นไม่สามารถปรับขนาดเพื่อจำลองประชากรที่มีขนาดใหญ่พอในช่วงเวลาที่มากพอที่ซึ่งฉันทามติทางวิทยาศาสตร์อ้างว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นในความเป็นจริง

แม้ว่าคุณจะบอกว่าคุณไม่ได้สนใจเรื่องเคมีโดยตรง แต่เป็นสารตั้งต้นที่เป็นนามธรรม แต่ฉันใช้เคมีเป็นตัวอย่างของความท้าทาย นั่นเป็นเพราะการสร้างพื้นผิวที่เรียบง่ายและมีพฤติกรรมฉุกเฉินที่อุดมสมบูรณ์เพียงพอนั้นไม่ใช่เรื่องไร้สาระ องค์ประกอบทางเคมีนั้นมีกฎว่าจะรวมตัวกันเป็นโครงสร้างทางกายภาพขนาดใหญ่กว่าได้อย่างไร จริงๆแล้วมันง่ายพอสมควรและอยู่ในระดับต่ำสุด ปัญหามาจากหลายระดับของโครงสร้าง - อาคาร "หน่วย" โมเลกุล (ฐาน DNA / RNA, เปปไทด์โปรตีน, ไขมัน, ฐานน้ำตาล ฯลฯ ) การสร้างโพลิเมอร์จากหน่วยเหล่านั้นปฏิสัมพันธ์ระหว่างโพลีเมอโครงสร้างทางกายภาพที่สร้างขึ้นและฉีกลงโดยการโต้ตอบเหล่านั้น ซึ่งแต่ละอันมีพฤติกรรมที่ซับซ้อนกว่า ลำดับชั้นของโครงสร้างนี้มีความจำเป็นสำหรับเครื่องจักรที่จำลองตัวเองซึ่งไม่ได้ถูกป้อนเข้าสู่หน่วยระดับสูงโดยตรง ในคำถามของคุณคุณต้องการค้นหาการจำลองตัวเองที่เกิดขึ้นไม่ได้ออกแบบมา . . ดังนั้นการให้อาหารในหน่วยระดับสูงเหล่านี้อาจจะนับเป็นการโกง

เราอาจไม่มีพลังในการคำนวณเพื่อจำลองอย่างถูกต้องแม้แต่การทดลอง Miller-Ureyซึ่งห่างไกลจากการจำลองตัวเอง - การจำลองทางเคมีในซิลิโก้จำกัด เฉพาะสิ่งต่าง ๆ เช่นการคำนวณการพับโปรตีนและสิ่งเหล่านี้อยู่ไกลจากเวลาจริง ภายในเซลล์แบคทีเรียเพียงเซลล์เดียวที่พร้อมจะทำการแบ่งโปรตีนจะถูกผลิตและพับได้หลายร้อยครั้งต่อวินาที

สิ่งหนึ่งที่ได้รับการทำคือการสร้างเครื่องทำสำเนาตัวเองในเกมคอนเวย์ของชีวิตที่เรียกว่า "ราศีเมถุน" สิ่งนี้ถูกออกแบบมาไม่ได้สร้างขึ้นเองตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตามมันจะมีโอกาสที่ต่ำมาก แต่ไม่เป็นศูนย์ของการเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติด้วยการเริ่มต้นแบบสุ่ม มันจะเป็นตัวลอกเลียนแบบที่บอบบางมากแม้ว่าการกลายพันธุ์หรือการชนใด ๆ กับองค์ประกอบที่ใช้งานอื่น ๆ น่าจะทำลายได้ การทดลองสร้างราศีเมถุนแบบสุ่ม / เป็นธรรมชาติไม่สามารถคำนวณได้

$10^{30}$$10^8$ปี. มันเป็นเรื่องที่คาดเดาได้ว่านี่เป็นสิ่งที่เพียงพอที่จะสร้าง Initial Ancestor Ancestor - โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นการอนุมานเชิงตรรกะของทฤษฎีวิวัฒนาการตามหลักการของ Occam ในการมองหาคำอธิบายที่ง่ายที่สุด

เครื่องจำลองแบบดั้งเดิมนั้นง่ายกว่าที่คุณคิด ลองดูวิดีโอนี้:

การจำลองตนเอง: โมเลกุลสามารถทำสำเนาตัวเองได้อย่างไร
_{[ที่มา: มหาวิทยาลัยโกรนิงเกน]}

ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดังคุณจะได้รับการกลายพันธุ์ตามธรรมชาติ และ voila, การจำลองแบบ + การกลายพันธุ์ = วิวัฒนาการ

เช่นเดียวกับ Neil Slater ในคำตอบแรกที่อธิบายมันเป็นเรื่องยากที่จะเข้าใจว่าสิ่งมีชีวิตจำลองตัวเองทำงานอย่างไรภายใน เนื่องจากจำนวนของการกระทำที่เป็นไปได้มีขนาดใหญ่มากและเป็นไปไม่ได้ที่จะทดสอบพวกเขาทั้งหมดในกระบวนการวิวัฒนาการ สิ่งที่ใช้ในชีวเคมีเพื่อแก้ปัญหาคือการสื่อสารระหว่างโมเลกุล สมมติฐานคือภาษาสัญลักษณ์ที่มีอยู่ซึ่งมีโครงสร้างแบบลำดับชั้นและภาษานี้ช่วยให้อธิบายการดำเนินงานที่ซับซ้อนมากขึ้น คำวิจัยคือBiosemioticsอ้างจาก:

“ หลักฐานการทดลองของรหัสพันธุกรรมดูเหมือนจะไม่เพียงพอในการจัดหมวดหมู่เซลล์เป็นระบบกึ่งสัทศาสตร์ แต่แพตตีแย้งว่ามันเพียงพอแล้วเมื่อเรารวมเข้ากับทฤษฎีของออโตมาตาจำลองตัวเองที่พัฒนาโดย John von Neumann ” Barbieri, Marcello "ประวัติโดยย่อของชีวเวชศาสตร์" Biosemiotics 2.2 (2009): 221-245

ก่อนที่มันจะเป็นไปได้ในการสร้างระบบจำลองตัวเองระบบธรรมชาติที่มีอยู่ต้องแยกวิเคราะห์ก่อน หรือจะเจาะจงมากขึ้น“ action parser” ตีความภาษาของโมเลกุลในกระบวนการจำลองตัวเอง หลังจาก parser ทำงานแล้วคุณสามารถใช้เขาในทิศทางสำรองซึ่งหมายถึงการส่งสัญญาณแบบสุ่มไปยัง parser และตรวจสอบว่าผลลัพธ์จะมีลักษณะอย่างไรในระดับความหมาย