Оригинал материала находится по адресу www.computerra.ru/136235/adami/
27.11.2015
Жизнь как информация: зарождение, эволюция, смысл
За без малого два десятилетия, проведённых в Сети, у меня скопилась подборка личностей, к работам которых я люблю возвращаться снова и снова. Как правило, это не бизнесмены, а учёные, либо визионеры-практики, имеющие достаточно смелости, а также терпения и таланта, чтобы не просто обладать взглядами, отличными от большинства, но и воплощать их. Кого-то я вспоминаю очень часто — как Стива Манна, Нассима Талеба или Элона Маска. Других реже, но тем интересней каждый новый заход. Среди таких Кристоф Адами, о котором сегодня и пойдёт речь.
Адами необычен уже по своему рождению: он немец, проведший детство в Бельгии, а жить и работать предпочитающий в Штатах. А ещё он учёный, добившийся весьма высокого положения в традиционной научной иерархии: профессор и автор множества работ, публиковавшихся в журналах разряда Nature и Science. Основная его специальность ядерная физика, но Кристофу тесно в рамках одной дисциплины. Поэтому он ещё астроном, молекулярный биолог, нейробиолог, математик. А красной нитью через его труды проходит теория информации. И что самое лучшее, Адами — не только теоретик. Ему повезло родиться в эпоху, когда вычислительные мощности стали доступными и значительными достаточно для постановки, без преувеличения, исторических экспериментов. Чем он и воспользовался, став автором, в частности, одной из самых известных систем «цифровой эволюции»: «симулятора жизни» Avida.
Тут стоит остановиться и предупредить, что многое из того, о чём пойдёт речь ниже, Адами придумал не сам. Знатоки прослеживают корни этих идей аж до середины XIX века, через работы Лили Гатлин, Эрвина Шрёдингера (того самого) и других. Но вот опять же что важно: если его предшественники оперировали чистыми абстракциями, Адами смог проверить свои выкладки экспериментально. Так что он — пионер, как бы ни принижали его заслуги педанты. Имейте это в виду, когда будете разбираться в его квазибиологических рассуждениях :-) Я последний раз писал о нём в «Компьютерре» в 2003-м году: тогда он поставил с коллегами эпохальный эксперимент на Avida (об этом позже). А сегодня есть повод вернуться. Опубликовано замечательное интервью, где Кристоф в сжатой форме излагает основы своей информационной теории жизни. Теории, вообще говоря, объясняющей все самые важные вопросы, включая и смысл.
Точкой отсчёта для Адами служит постулат: жизнь это информация. Не набор химических соединений, не сложные химреакции, не хитрое взаимодействие нейронов, а именно и просто: информация! Информация о чём? О той среде, которая окружает живой организм. По мере того, как организм среду изучает, он накапливает сведения о ней, в частности, в своих генах. Таким образом геном, например, человека есть энциклопедия всего, что Homo sapiens успел узнать о среде своего обитания за миллионы лет существования рода плюс кое-что унаследованное от предшественников, копивших материал миллиарды лет до нас.
Уложив это в голове, легко сделать следующий шаг: ответить на вопрос «Зачем?». Собранные данные позволяют живому существу предвосхищать события вокруг себя с вероятностью лучшей, чем 50:50. Организм знает, что, например, делать с молекулами питательных веществ, попавшими внутрь него. Знает, как не быть съеденным самому. И самое главное: знает, как воспроизводить себя, то есть копировать накопленный «код».
«Информационный» подход к жизни позволяет просто объяснить очень многое. Например — массовые вымирания. Резкая смена условий, вроде той, которую в своё время не пережили динозавры, делает внутреннюю энциклопедию живых существ бесполезной: в ней нет записей о новом состоянии среды, так что организмы не знают, как предсказывать события в изменившейся обстановке и погибают. Точно так же погибнет и человек, если, скажем, попадёт в среду, информации о которой у него быть не может (представьте себя на Марсе). Но что ещё важней, такой подход позволяет проникнуть в тайну зарождения жизни.
Вместо того, чтобы мешать химические коктейли в поисках самореплицирующихся соединений, Адами снова предлагает взглянуть на проблему «под информационным углом». Первые живые существа могли быть набором всего из нескольких «команд» — букв воображаемого программного алфавита или, что то же самое, химических соединений — способных на самокопирование. Вероятность возникновения такой комбинации случайным образом ничтожно мала даже в масштабах Вселенной (Адами иллюстрирует её на примере 26 букв английского алфавита и вероятности случайного появления слова «origins»). Однако если предположить, что некоторые буквы естественным образом встречаются чаще других (что логично с точки зрения химии), шансы самопроизвольного возникновения такой комбинации резко улучшаются.
Тут уже не нужны космические масштабы, хватит и Земли, на которой имеется несчётное количество мест с различными физическими условиями. Каждое такое место служит самостоятельным «генератором случайных чисел», своеобразным котлом, в котором происходит «варка» «информационного алфавита», хаотичный перебор комбинаций. Конечно, вероятней всего, первое соединение, способное на репликацию (т.е. претендующее на звание живого), сложилось в местах, где энергию легко черпать извне и химические процессы протекают быстрее — вроде подводных вулканов. Как то и предполагает традиционная наука.
Безусловно, такого рода суперпримитивные квазиживые организмы бесконечно далеки от живых форм, населяющих Землю сегодня. Но главное, что начало положено, а далее весь процесс эволюции сводится к простому накоплению информации.
Всё это звучит не слишком гладко даже для уха просто здравомыслящего образованного человека, а уж для креационистов Адами и вовсе особо опасный еретик. Но критика его не смущает. И потом, у него на руках аргумент, которого нет у его противников: Кристоф Адами экспериментально доказал, что путём мелких изменений (т.е. накоплением информации) простейшие организмы способны усложняться достаточно для решения принципиально более сложных задач. Вот где всплывает его Avida.
Собственно, Avida он написал ещё в начале 90-х и потом долго развивал с единомышленниками, открыв код (исходники опубликованы под свободной лицензией, так что сегодня программа включена даже в дистрибутивы Linux, в частности, Debian). Это сложная — в смысле, не игровая, а скорее научная — конструкция, вроде виртуального компьютера, внутри которого исполняются простые программы, имитирующие живые существа. И вот с его помощью в начале нулевых Кристоф с коллегами поставили эксперимент, о котором позже отчитались в Nature. Начав с «микробов», умеющих производить лишь элементарные операции с битами, они, запустив синтетическую эволюцию, накапливавшую мелкие изменения, в конце концов получили «существа», способные выполнять арифметические операции. Для тех, кто согласен поставить функциональный знак равенства между цифровой симуляцией жизни и жизнью, это стало доказательством теории Дарвина.
Так у Кристофа Адами получилась комплексная теория возникновения и развития жизни (не только на Земле!), подтверждённая экспериментально и, в общем, согласующаяся с тем, что мы знали или предполагали до него. Попадёт ли она когда-нибудь в учебники? Надеюсь, что попадёт, ибо, как айтишник, чувствую себя в некоторой степени причастным к её созданию. А приятный бонус, которым можно наслаждаться уже сейчас, состоит, конечно, в ответе на вечный вопрос о смысле бытия. Информационная теория жизни Адами на этот счёт солидарна с ветхозаветными текстами. Плодитесь и размножайтесь, сиречь, воспроизводите свой код!
P.S. В статье использованы графические работы Лаборатории цифровой эволюции Государственного университета Мичигана.
Кристоф_Адами,цифровая_эволюция,симуляция,жизнь,личность,Чарльз_Дарвин,эволюция,Чарльз_Офриа,ДНК,Tierra,Avida,open_source