Искусственная жизнь ( англ. a-life , от artificial life ) — изучение жизни , живых систем и их эволюции при помощи созданных человеком и устройств. Данная область науки изучает механизм процессов, присущих всем живым системам, невзирая на их природу. Хотя этот термин чаще всего применяется к компьютерному моделированию жизненных процессов, он также подходит и к жизни в пробирке ( англ. wet alife ), изучению искусственно созданных белков и других молекул . Для простоты эта статья описывает компьютерную жизнь.

Обзор

Искусственная жизнь имеет дело с эволюцией агентов или популяций организмов , существующих лишь в виде компьютерных моделей, в искусственных условиях. Целью является изучение эволюции в реальном мире и возможности воздействия на её течение, например, с целью устранить некоторые наследственные ограничения. Модели организмов также позволяют проводить ранее невозможные эксперименты (такие как сравнение эволюции Ламарка и естественного отбора ).

Философия

В настоящее время широко принятое определение жизни не позволяет компьютерным моделям считаться живыми. Однако существуют и другие определения и концепции:

• Концепция сильной искусственной жизни ( англ. strong alife ) определяет «жизнь как процесс, который можно абстрагировать от какого-либо определённого носителя» ( Джон фон Нейман ).
• Концепция слабой искусственной жизни ( англ. weak alife ) отрицает возможность создания жизни отдельно от её химического носителя. Учёные, работающие в рамках этой концепции, пытаются понять базовые процессы жизни, а не имитировать её. То есть: «мы не знаем, что в природе является причиной этого феномена, однако возможно он так же прост, как…» ^{[ источник не указан 504 дня ]}

Технологии

• Клеточные автоматы — часто используются для моделирования жизни, особенно из-за лёгкости масштабирования и параллелизации. Клеточные автоматы и искусственная жизнь исторически близко связаны.
• Нейронные сети — иногда используются для моделирования интеллекта агентов. Хотя это традиционно технология, более близкая к созданию искусственного интеллекта , нейронные сети могут быть полезны для моделирования динамики популяций или высокоразвитых самообучающихся организмов. Симбиоз между обучением и эволюцией — центральная задача теорий о развитии инстинктов высших организмов, как например в эффекте Болдуина .

Эволюционирование

В системах моделирования искусственной жизни, ламаркизм в сочетании с « генетической памятью » довольно часто применяется для ускорения эволюции врождённого поведения, для этого вся память моделируемой особи передаётся её потомству. При этом в отличие от классической генетической памяти потомству передаётся память только предыдущего поколения. При этом ламаркизм может совмещаться с дарвинизмом , который может использоваться для моделирования других аспектов моделей организмов.

источник: M. Tim Jones «AI Application Programming» ISBN 1-58450-278-9

Смежные области

Искусственный интеллект

Традиционно при создании искусственного интеллекта используется , тогда как искусственная жизнь синтезируется при помощи проектирования от элемента к структуре.

Искусственная химия

Искусственная химия зародилась в качестве набора методов, с помощью которых моделируются химические процессы между элементами популяций искусственной жизни. Одним из наиболее удобных для изучения объектов подобного рода является реакция Бутлерова — автокаталитический синтез углеводов из водного раствора формальдегида в присутствии гидроксидов кальция или магния:

x CH ₂ O => C _x H _2x O _x

В результате реакции образуется смесь углеводов самого различного строения. Если количество формальдегида (« питательной среды ») в растворе ограничено, в системе устанавливается своеобразное равновесие между процессами роста и распада молекул углеводов. При этом, как и в биологических системах, выживает сильнейший, то есть происходит своеобразный « естественный отбор », и в системе накапливаются наиболее устойчивые (при данных конкретных условиях) молекулы углеводов.

Считается, что похожие процессы, которые имели место в предбиологической химии Земли, привели к возникновению жизни на планете.

Эволюционные алгоритмы для задач оптимизации

Многие оптимизационные алгоритмы близко связаны с концепцией слабой искусственной жизни. Основная разница между ними состоит в том, как определяется способность агента решить какую-нибудь задачу.

• Муравьиный алгоритм
• Эволюционные алгоритмы
• Генетические алгоритмы
• Генетическое программирование
• Интеллект толпы ( Роевой интеллект )

Эволюционное искусство

Эволюционное искусство использует технологии и методы искусственной жизни для создания новых видов визуального искусства. использует похожие технологии, однако в применении к музыке.

Mycoplasma laboratorium — проект искусственной жизни

Mycoplasma laboratorium — вид бактерий рода Микоплазма ( Mycoplasma ), запланированная, частично синтетическая разновидность бактерии, полученной из генома Mycoplasma genitalium . Этой работой занимается в Институте Дж. Крэйга Вентера команда из примерно двадцати учёных, возглавляемых Нобелевским лауреатом Хэмильтоном Смитом, включая исследователя ДНК Крэйга Вентера и микробиолога Клайда А. Хатчисона III.

Необходимо проверить качество перевода, исправить содержательные и стилистические ошибки . Вы можете помочь (см. также рекомендации по переводу ). Оригинал на английском языке — .

Команда ученых начала с бактерии Mycoplasma genitalium , облигатного внутриклеточного паразита, геном которого состоит из 482 генов, включающих 580 000 пар оснований, устроенных на одной круглой хромосоме (наименьший геном любого известного естественного организма, который может быть выращен в свободной культуре). Они тогда систематически удалили гены, чтобы найти минимальный набор 382 генов, которые способны жить. Эта работа была также известна как Минимальный Проект Генома .

Команда намеревается синтезировать последовательности ДНК хромосомы, состоящие из этих 382 генов. Как только версия минимальной хромосомы с 381 геном была синтезирована, её пересадили в клетку Mycoplasma genitalium , чтобы создать Mycoplasma laboratorium .

Получающаяся бактерия Mycoplasma laboratorium , как ожидают, будет в состоянии копировать себя со своей искусственной ДНК, таким образом, она является единственным синтетическим организмом к настоящему времени, хотя молекулярная машина и химическая окружающая среда, которая позволила бы этому копировать, не являются синтетическими.

В 2003 команда продемонстрировала быстрый метод синтезирования генома на пустом месте, произведя геном с 5386 основами бактериофага Phi X 174 приблизительно за две недели. Однако, геном Mycoplasma laboratorium приблизительно в 50 раз больше. В январе 2008 команда сообщила, чтобы синтезировать полные 580 000 пар оснований хромосомы Mycoplasma genitalium , с маленькими модификациями так, чтобы это не было заразным и могло быть отличено от дикого типа. Они назвали этот геном Mycoplasma genitalium JCVI-1.0 . Команда также продемонстрировала процесс пересадки (несинтетического) генома от одной разновидности Mycoplasma другой в июне 2007. В 2010 они показали, что они были в состоянии синтезировать 1 000 000 пар оснований генома Mycoplasma mycoides на пустом месте и пересадить это в клетку Mycoplasma capricolum ; после этого новый геном встроился в клетку, и новый организм стал способен размножаться.

Институт Дж. Крэйга Вентера подал патенты для Mycoplasma laboratorium геном («минимальный бактериальный геном») в США и интернационально в 2006. Этому расширению области биологических патентов бросает вызов охранительная организация Группа действия на Эрозии, Технологии и Концентрации.

Вентер надеется в конечном счете синтезировать бактерии, чтобы производить водород и биотопливо , и также поглощать углекислый газ и другие парниковые газы. Джордж Черч, другой пионер в синтетической биологии, считает, что Escherichia coli является более эффективным организмом, чем Mycoplasma genitalium , и что создание полностью синтетического генома не является необходимым и слишком дорогостоящим для таких задач; он указывает, что синтетические гены были уже включены в Escherichia coli , чтобы выполнить некоторые из вышеупомянутых задач.

OpenWorm

OpenWorm — международный проект по созданию компьютерной модели ( in silico ) на клеточном уровне одного из наиболее полно изученных современной биологией микроорганизмов — червя Caenorhabditis elegans .

Конечной целью проекта является полная модель, которая включает все клетки C. elegans (чуть менее тысячи). На первой стадии будет моделироваться передвижение червя, для чего симулируется работа 302 нервных клеток и 95 мышечных. На 2014 год были созданы модели нейронного коннектома и мышечных клеток. На сайте проекта доступен трехмерный интерактивный анатомический атлас червя. Участники проекта OpenWorm также развивают платформу geppetto, предназначенную для моделирования целых организмов .

В 2015 году координатор проекта С. Ларсон заявил, что поставленные цели выполнены на 20—30 % .

Серая слизь

Серая слизь — гипотетический сценарий конца света , связанный с успехами молекулярных нанотехнологий и предсказывающий, что неуправляемые самореплицирующиеся нанороботы поглотят всю биомассу Земли , выполняя свою программу саморазмножения (данный сценарий известен под названием «экофагия»).

Как правило, термин используется в популярной прессе или научной фантастике . В худших постулируемых сценариях, требующих больши́х, способных к космическим полётам машин , материя вне Земли также обращается в серую слизь. Под этим термином понимается большая масса самовоспроизводящихся наномашин, которые не обладают структурой в большом масштабе, которая может оказаться, а может и не оказаться подобной слизью. Бедствие случается по причине преднамеренного включения Машины судного дня или от случайной мутации в самореплицирующихся наномашинах, используемых в других целях, но созданных для работы в естественной среде.

Цифровой организм

Цифровой организм — самовоспроизводящаяся компьютерная программа, которая мутирует и развивается. Цифровые организмы используют в качестве инструмента для изучения динамики эволюции по Дарвину , для тестирования или проверки конкретных гипотез или математических моделей эволюции . Эти исследования тесно связаны с областью создания искусственной жизни.

Самовоспроизводящиеся машины

Самовоспроизводящиеся машины (СМ) — тип автономных роботов , которые способны к самовоспроизводству самих себя с использованием материалов из окружающей среды. Таким образом СМ в некотором роде аналогичны организмам живой природы. Сама концепция СМ была предложена и проверена , Эдвардом Форестом Муром , Фрименом Дайтсоном, Джоном фон Нейманом и позже Эриком Дрекслером в его книге о нанотехнологиях «Машины создания: Грядущая эра нанотехнологий» и Робертом Фрэйтосом и Ральфом Мерклом в их книге «Кинематика самовоспроизводящихся машин» , которые предоставили первый всесторонний анализ целого множества конструкций СМ.

История

Этот раздел не завершён . Вы поможете проекту, исправив и дополнив его.

Критика

В истории искусственной жизни было довольно много споров и противоречий. Джон Мейнард Смит в 1995 году критиковал некоторые работы по искусственной жизни, называя их «наукой без фактов» ( англ. fact-free science ). Однако недавние публикации по искусственной жизни в крупных научных журналах, таких как Science и Nature свидетельствуют о том, что технологии, используемые для моделирования искусственной жизни, признаются научным сообществом, по крайней мере, для изучения эволюции .

См. также

• Искусственный интеллект
• Эволюционная кибернетика
• Кремниевая жизнь

Примечания

Ссылки

• (англ.) . alife.org. Дата обращения: 22 ноября 2012. 30 ноября 2012 года.
• (англ.) . mitpressjournals.org. Дата обращения: 22 ноября 2012. 30 ноября 2012 года.
• (англ.) . biota.org. Дата обращения: 22 ноября 2012. 30 ноября 2012 года.
• A.Markov. (неопр.) . A.Markov. Дата обращения: 22 ноября 2012.
• Сергей Бобровский. (неопр.) . Совет Виртуального компьютерного музея. Дата обращения: 22 ноября 2012.
• Кишинец, Владимир Михайлович. (неопр.) . — Сокращенный электронный вариант книги "Nano Sapiens, или Молчание небес". Дата обращения: 22 ноября 2012.
• Леонид Попов. (неопр.) . MEMBRANA (2 февраля 2005). Дата обращения: 22 ноября 2012.