人工生命における自発的なレプリケーターの出現

The Selfish Gene（Dawkins）の重要な石の1つは、レプリケーター、つまり、自分自身を複製できる分子の自然発生です。

これは、制限のない進化/人工生命シミュレーションのインシリコでモデル化されましたか？

AvidaやTierraなどのシステムは、レプリケーションメカニズムを明示的に指定します。その他の遺伝的アルゴリズム/遺伝的プログラミングシステムは、複製メカニズムを明示的に検索します（たとえば、フォンノイマンユニバーサルコンストラクターを簡略化するため）。

原始的なデジタルスープからレプリケーターが出現するシミュレーションへのリンクを歓迎します。

システムアプローチ

レッツは、リアルタイムシステムの複製に着手した$S: \mathcal{X} \Rightarrow \mathcal{Y} \; | \; I$で、$\mathcal{X}$は実際の初期システム状態 Iを条件として、入力の経験的連続履歴と出力の$\mathcal{Y}$経験的連続履歴です。いくつかの定義に基づいて、 Sが生存している必要があります。$I$$S$

シミュレーションの基礎となる数学的に簡潔なモデルが存在しないというだけの理由で、利己的な遺伝子やその他のそのような属性を持つ生命の理論モデルの複製をシミュレーションすることはできません。この記事の執筆時点では、そのようなモデルのヒントと特徴点だけがわかっています。

さらに、モデルは数学的表現であり、人類の歴史を通じて、異常が対処され、新しいモデルが開発されて理論に組み込まれると、複雑さの近似であることがわかります。¹

ラフに定義されたシミュレーション

$\mathcal{A}$$S$

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

自然発生的出現の定義

自然発生とは、何が生きているかについての特定の合理的な定義に基づいて、順列の1つが生きている可能性が高い、天文学的に大きな初期状態の配列と一連の刺激が発生したことを意味します。

人生とは何かを定義する

生物のいくつかの定義を確認すると、最も合理的な定義には次のものが含まれます。

• 生物はその環境と区別することができます。
• 生物は、活動に必要な潜在的なエネルギーと物質を獲得してキャッシュすることができます。
• その運用には継続的な取得が含まれ、環境との双方向で持続可能な関係を生み出します。
• 生物は大まかに自分自身を複製することができます。
• 複製は親に似ていますが、厳密には似ていません。
• エネルギーと材料の取得方法には、他の生物またはそのエネルギーと材料の消費が含まれる場合があります。

リソース、自然淘汰、および進化論の他のすべての機能の競合は、上記の5つの要件の結果です。これらに加えて、共生を種の出現における共通のテーマとして認識するという現在の傾向は却下されるべきではありません。

• ある生物の複製は、同化または共生の形態を介して別の生物の構成によって影響を受ける可能性があり、その結果、形質は生物のカテゴリー全体に渡されます。

シミュレーションとしての人工生命

これら7つの基準は、人為的に生命を生み出そうとする人間にとって課題となります。生命が何らかの方法でシミュレートされるようなコンピュータモデルを作成するのは簡単です。方法を検討してください。

• 環境には仮想エネルギーと仮想物質が含まれています。
• 生物のモデルは、その環境と区別され、一連の操作を通じて環境から操作要件を取得できます。
• 温度が核のしきい値をはるかに下回っているため、材料とエネルギーが節約されます。
• 生物のモデルは、キャッシュを維持するのに十分なエネルギーと材料の取得が行われた場合にのみ取得を許可します。
• ある生物が獲得した物質とエネルギーは、それを獲得した、または獲得した生物から生産した生物の消費または吸収を除いて、別の生物が獲得することはできません。
• 生物のモデルは、複製の確率的差異が少量で導入されるような方法で自己複製することができます。
• 複製情報を含む運用情報は、状況によっては消費または共生関係を通じて取得される場合があります。

自然発生的な生命のための魔法の遺伝子

上記の利己的な遺伝子は言及されていないことに注意してください。前提条件が意図である利己主義は、人生の要件ではありません。アメーバは動いたり食べたりするときに勝手に考えません。それは無知に動作します。私たちは、研究するすべての生物を擬人化したり、擬人化の概念に基づいて理論を発展させたりすべきではありません。

同様に、愛情も利他的でもない共生関係が形成されます。それらは、通常の操作の意図しない副産物として現れた相互の利益があり、両方の共生の親がたまたまそれぞれの子孫にその共生のつながりを渡したために存在します。相互の利益、共生、そして複製は無知で意図されていません。

共生的なコラボレーションまたは競争のいずれかを制御するために、他のすべての複製されたメカニズムとは異なる制御メカニズムが存在する必要はありません。それらも環境を共有する生物の自然な帰結です。それが原因で生物が死ぬかどうか

• その共生者を失った、
• 他の生物が必需品を消費したので飢えます、
• 生物自体が自身の資源を使い果たした、または
• そうでなければ、必要なリソースは利用できなくなり、

それはまだ複製することができないので、その特性はそれと共に死にます。

それ自体を複製できる既知の分子がないことにも注意してください。生殖を行うには、さまざまな化学状態と平衡にある分子の複雑なシステムが必要です。

すでに存在する生物のシミュレーションに戻る

$S$

$\mathcal{A}$$S$

オープンエンドネスにはメリットがあるための検証が必要

silicoでの実装における最も重要な制限は、それらが真に無制限であることは決してないということです。

この文書の執筆時点では、シミュレーションシステムの外部でシミュレーションされたものを複製する方法はありません。ナノテクノロジーが、3Dの構築とアセンブリが生きたシミュレーションをシミュレーションされていない宇宙に移行できるようになるまで、これらのシミュレーションはこのようにクローズドエンドであり、vitoでの実行可能性はテストされていません。それらを検証する方法がないオープンエンドシミュレーションの価値は、アミューズメントを除いて本質的にゼロです。

デジタルシミュレーションの分野でも、その技術が進歩している限り、フォンノイマンのユニバーサルコンストラクターに近いものでさえ達成されていません。汎用の関数コピーコンストラクターは、Scheme、LISP、C ++、Java、およびそれ以降の言語で使用できますが、これはコンピューター内の生きているオブジェクトへの非常に小さなステップです。

デジタルスープ

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

原始的なデジタルスープの問題は、組み合わせ爆発の1つです。地球表面には5億1千万平方Kmあり、可能な生命起源の時間枠は3つのカテゴリに限られます。

• 現在の見積もりはほぼ正しく、地球は45億4千万年前に形成され、極めて原始的な生命は35億年前に出現した
• カナダで発見された39億5000万年前の有機物質は、惑星の形成とその上での生命形成の間のギャップを縮め、古い地球の生命が見つかる可能性があります
• 生命には地球がすでに存在している可能性があるというウラジミール・ヴェルナツキーのコメントは単なる可能性以上のものです

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

ナノ粒子の直径が20 nmであり、出現に1秒しかかからない可能性があるため、時間の経過とともに3次元でシミュレーションを行う必要があります。有限要素では、3次元すべてで少なくとも50％オーバーラップします。

$$\dfrac {2^3 \cdot (4.54 - 3.5) \cdot 10^9 \cdot 510 \cdot 10^6 \cdot (1,800 - 8,372) \cdot 365.25 \cdot 24 \cdot 60 \cdot 60} {(20 \cdot 10^{-9})^3} \\ = 170,260,472,379 \cdot 10^{9+6+27} = 1.7 \cdot 10^{56}$$

スイスの2階建ての量子コンピューターでは、計算時間は地球上の平均的な種の持続時間を大幅に超えます。人間は計算が完了する前に絶滅する可能性があります。

最も古い発見された化石の年代測定は地球の年代測定に収束するので、生命は地球上ですぐに現れたように見えるかもしれませんが、それは論理的な結論ではありません。地球が十分に冷やされて生命が形成され、残りの数十億年の間に継続的な出現の証拠が見つからない場合、生命を襲った体の1つ以上を介して生命が地球に到達したというバーナスキーの推論は、より可能性が高くなります。

それが事実である場合、すべての仮定が破棄された場合、人生に始まりがあったかどうかについて質問する必要があります。

生命のシミュレーションとその形成のシミュレーション

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

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

コンピュータ外部の物理をシミュレーションに適合させることは不可能かもしれません。シミュレートされた生命がロボットシステムで具体化されたときに実際に考慮されようとするかどうかにかかわらず、種が十分に耐えれば、生命は私たちの子孫に任されます。

脚注

[1]古典的なケースには、重力の法則に代わるヘリオセントリックコペルニカンシステムが含まれます。この法則は、水星の軌道と太陽の近くの光の曲率の適切な予測によって示される一般相対性理論の近似を示し、4つの要素はLavoisierの酸素の発見、およびゲーデルが彼の2番目の不完全性定理で反証し、次にチューリングの完全性定理によって部分的に（計算可能性の観点から）証明された閉じた記号システム内での真の絶対的証明の光。

ネガティブを証明することは難しいですが、これが行われたとは思いません。

低レベル機能の最も高度なシミュレーションは、科学的コンセンサスがこれが実際に起こったと主張する十分に大きなタイムスケールで十分に大きな人口をシミュレーションするようにスケーリングすることができません。

あなたは化学に直接興味はないが、いくつかの抽象的な基質に興味があると言いますが、私は挑戦の例として化学を使用しています。これは、十分なリッチエマージェントビヘイビアーを持つ単純化されたサブストレートを作成することは簡単ではないためです。化学元素は基本的にそれらがどのように結合してより大きな物理的構造になるか（異なる結合メカニズムを介して）に関するルールを持ち、およそ12種類の原子のみが関与します。それは実際にはかなりシンプルで、最低レベルで扱いやすいです。問題は、構造の複数のスケールから生じます-「ユニット」分子（DNA / RNA塩基、タンパク質ペプチド、脂質、糖塩基など）の構築、それらのユニットからのポリマーの作成、ポリマー間の相互作用、それらの相互作用によって構築および分解される物理構造、それぞれがより複雑な動作を示します。この構造的階層は、単純に上位レベルのユニットに直接供給されていない自己複製機械に必要となる可能性があります。あなたの質問では、設計されていない、創発的な自己複製を見つけたいと思っています。。。そのため、これらのより高いレベルのユニットでの給餌はおそらく不正行為と見なされます。

自己複製にはほど遠いMiller-Urey実験でさえも適切にシミュレーションする計算能力はおそらくないでしょう。インシリコでの化学シミュレーションはタンパク質の折りたたみ計算などに限定されており、リアルタイムとはかけ離れています。分裂の準備を整えているたった1つの細菌細​​胞の内部で、タンパク質が生成され、毎秒数百ずつ折りたたまれます。

行われたことの1つは、「ジェミニ」と呼ばれる生命のゲームのコンウェイで自己複製マシンを作成することです。これは自発的に作成されたのではなく、設計されました。ただし、ランダムな初期化で自然に作成される可能性は非常に低いですが、ゼロではありません。それは非常に壊れやすいレプリケーターですが、他のアクティブな要素との突然変異や衝突はおそらくそれを壊します。Geminiをランダムに/自発的に作成しようとする実験は、計算上実行可能ではありません。

$10^{30}$$10^8$年。これは、最初のダーウィンの祖先を作成するのにこれで十分であると主に推測しています。これは、基本的には、進化論の理論に対する論理的な外挿であり、最も簡単な互換性のある説明を探すというオッカムのかみそりの原理に従います。

原始レプリケーターは、あなたが考えるよりも簡単な場合があります。このビデオをチェックしてください：

自己複製：分子が自分自身のコピーを作成する方法
_{[出典：グローニンゲン大学]}

騒々しい環境では自然な突然変異が起こります。そして出来上がり、複製+突然変異=進化。

最初の答えのニール・スレーターが述べたように、自己複製生物が内部でどのように機能するかを理解することは困難です。可能なアクションの数は膨大であり、進化的なプロセスでそれらすべてをテストすることは不可能だからです。問題を解決するために生化学で使用されるのは、分子間の通信です。前提は、階層構造を持つシンボリック言語が利用可能であり、この言語により、より複雑な操作を記述できることです。研究用語はBiosemioticsで、引用：

「遺伝暗号の実験的証拠は、それだけでは、細胞を記号論的システムとして分類するのに十分ではないように見えましたが、ジョン・フォン・ノイマンによって開発された自己複製オートマトンの理論と組み合わせると、それは十分になると主張しました」バルビエリ、マルチェロ。「バイオ記号論の短い歴史。」バイオセミオティクス2.2（2009）：221-245。

自己複製システムの作成が可能になる前に、既存の自然システムを最初に解析する必要があります。または、より具体的には、「アクションパーサー」が自己複製プロセスにおける分子の言語を解釈します。パーサーが機能した後、予備の方向で彼を使用することができます。つまり、ランダムな信号をパーサーに送り、セマンティックレベルで結果がどのようになるかを調査します。