Keinotekoinen elämä

Keinotekoinen elämä ( eng.  a-life , keinotekoisesta elämästä ) - elämän , elävien järjestelmien ja niiden evoluution tutkimus ihmisen tekemien mallien ja laitteiden avulla. Tämä tieteenala tutkii kaikkien elävien järjestelmien prosessien mekanismia niiden luonteesta riippumatta. Vaikka termiä käytetään yleisimmin elämänprosessien tietokonesimulaatioissa, se koskee myös elämää koeputkessa ( eng.  wet alife ), keinotekoisesti luotujen proteiinien ja muiden molekyylien tutkimista . Yksinkertaisuuden vuoksi tässä artikkelissa kuvataan tietokoneen käyttöikää.

Yleiskatsaus

Keinotekoinen elämä käsittelee vain tietokonemallien muodossa, keinotekoisissa olosuhteissa esiintyvien tekijöiden tai organismipopulaatioiden kehittymistä . Tavoitteena on tutkia evoluutiota reaalimaailmassa ja mahdollisuuksia vaikuttaa sen kulkuun esimerkiksi joidenkin perinnöllisten rajoitusten poistamiseksi. Organismimallit mahdollistavat myös aiemmin mahdottomia kokeita (kuten vertailuja Lamarckin evoluution ja luonnonvalinnan välillä ).

Filosofia

Tällä hetkellä laajalti hyväksytty elämän määritelmä estää tietokonemalleja pitämästä elävinä. On kuitenkin muita määritelmiä ja käsitteitä:

Tekniikka

Evoluutio

Keinoelämän simulaatiojärjestelmissä Lamarckismia yhdessä " geneettisen muistin " kanssa käytetään melko usein nopeuttamaan synnynnäisen käyttäytymisen kehitystä, jolloin simuloidun yksilön koko muisti siirtyy sen jälkeläisille. Samanaikaisesti, toisin kuin klassinen geneettinen muisti, vain edellisen sukupolven muisti välittyy jälkeläisille. Näin tehdessään lamarckismi voi olla yhteensopiva darwinismin kanssa , jota voidaan käyttää mallintamaan muita organismimallien näkökohtia.

lähde: M. Tim Jones "AI Application Programming" ISBN 1-58450-278-9

Liittyvät alueet

Tekoäly

Perinteisesti tekoäly rakennetaan rakenteesta elementtiin -suunnittelulla , kun taas tekoäly syntetisoidaan elementistä rakenteeseen -suunnittelulla.

Keinotekoinen kemia

Keinotekoinen kemia syntyi menetelmäsarjana, jolla mallinnetaan keinotekoisten elämänpopulaatioiden alkuaineiden välisiä kemiallisia prosesseja. Yksi sopivimmista tämän tyyppisistä tutkimuskohteista on Butlerov-reaktio  - hiilihydraattien autokatalyyttinen synteesi formaldehydin vesiliuoksesta kalsium- tai magnesiumhydroksidien läsnä ollessa:

x CH 2O => C x H 2 x O x

Reaktion tuloksena muodostuu sekoitus erilaisia ​​rakenteita sisältäviä hiilihydraatteja. Jos formaldehydin (" ravintoalustan ") määrä liuoksessa on rajoitettu, järjestelmässä syntyy eräänlainen tasapaino hiilihydraattimolekyylien kasvu- ja hajoamisprosessien välille. Samaan aikaan, kuten biologisissa järjestelmissä, vahvimmat selviävät, eli tapahtuu eräänlainen " luonnollinen valinta ", ja stabiiliimmat (tietyissä olosuhteissa) hiilihydraattimolekyylit kerääntyvät järjestelmään.

Uskotaan, että samanlaiset prosessit, jotka tapahtuivat Maan esibiologisessa kemiassa , johtivat elämän syntymiseen planeetalle.

Evoluutioalgoritmit optimointiongelmiin

Monet optimointialgoritmit liittyvät läheisesti heikon keinoelämän käsitteeseen. Suurin ero niiden välillä on se, kuinka agentin kyky ratkaista ongelma määritetään.

Evoluutiotaide

Evoluutiotaide käyttää keinotekoisen elämän tekniikoita ja menetelmiä uudenlaisen visuaalisen taiteen luomiseen. Evoluutiomusiikki käyttää samanlaisia ​​tekniikoita, mutta sovelletaan musiikkiin.

Mycoplasma laboratorio  - tekoelämäprojekti

Mycoplasma laboratorium on Mycoplasma  -suvun bakteerilaji , suunniteltu, osittain synteettinen lajike bakteerista, joka on peräisin Mycoplasma genitaliumin genomista . Tätä työtä tekee J. Craig Venter -instituutissa noin kahdenkymmenen tutkijan ryhmä, jota johtaa Nobel-palkittu Hamilton Smith, mukaan lukien DNA -tutkija Craig Venter ja mikrobiologi Clyde A. Hutchison III.

Ryhmä aloitti bakteerilla Mycoplasma genitalium , joka on pakollinen solunsisäinen loinen, jonka genomi koostuu 482 geenistä, jotka kattavat 580 000 emäsparia, jotka on järjestetty yhteen pyöreään kromosomiin (pienin genomi tunnetuista luonnollisista organismista, jota voidaan kasvattaa vapaassa viljelmässä). Sitten he poistivat järjestelmällisesti geenit löytääkseen 382 geenin vähimmäisjoukon, jotka pystyvät elämään. Tämä työ tunnettiin myös nimellä Minimal Genome Project .

Ryhmä aikoo syntetisoida kromosomi-DNA-sekvenssejä, jotka koostuvat näistä 382 geenistä. Kun minimaalisen kromosomin 381-geenin versio oli syntetisoitu, se siirrettiin Mycoplasma genitalium -soluun Mycoplasma laboratoriumin luomiseksi .

Syntyneen bakteerin Mycoplasma laboratorium odotetaan pystyvän replikoimaan itsensä keinotekoisella DNA:llaan, joten se on tähän mennessä ainoa synteettinen organismi, vaikka molekyylikoneisto ja kemiallinen ympäristö, joka sallisi sen replikoitumisen, eivät ole synteettisiä.

Vuonna 2003 ryhmä esitteli nopean genomin syntetisointimenetelmän tyhjästä, ja se loi genomin, jossa oli 5386 emästä Phi X 174 -bakteriofagista noin kahdessa viikossa. Mycoplasma laboratorion genomi on kuitenkin noin 50 kertaa suurempi. Tammikuussa 2008 ryhmä raportoi syntetisoivansa Mycoplasma genitaliumin koko 580 000 bp:n kromosomin pienin muutoksin, jotta se ei ole tarttuva ja se voidaan erottaa villityypistä. He antoivat tälle genomille nimeksi Mycoplasma genitalium JCVI-1.0 . Ryhmä esitteli myös (ei-synteettisen) genomin siirtämisen yhdestä Mycoplasma -lajista toiseen kesäkuussa 2007. Vuonna 2010 he osoittivat, että he pystyivät syntetisoimaan 1 000 000 bp :n Mycoplasma mycoides -genomin tyhjästä ja siirtämään sen Mycoplasma capricolum -lajiin. solu ; sen jälkeen uusi genomi integroitui soluun ja uusi organismi kykeni lisääntymään.

J. Craig Venter Institute haki patentteja Mycoplasma laboratorion genomille ("minimibakteerigenomi") Yhdysvalloissa ja kansainvälisesti vuonna 2006. Tämän biologisten patenttien kentän laajenemisen haastaa vahtikoiran eroosion, teknologian ja keskittymisen toimintaryhmä. .

Venter toivoo lopulta syntetisoivansa bakteereja tuottamaan vetyä ja biopolttoaineita sekä absorboivansa hiilidioksidia ja muita kasvihuonekaasuja. George Church, toinen synteettisen biologian pioneeri, uskoo, että Escherichia coli on tehokkaampi organismi kuin Mycoplasma genitalium ja että täysin synteettisen genomin luominen ei ole tarpeellista eikä liian kallista tällaisiin tehtäviin; hän huomauttaa, että synteettisiä geenejä on jo sisällytetty Escherichia coliin joidenkin edellä mainittujen tehtävien suorittamiseksi.

openworm

OpenWorm  on kansainvälinen projekti, jonka tarkoituksena on luoda tietokonemalli ( in silico ) solutasolle yhdelle modernin biologian parhaiten tutkituista [1] mikro -organismeista - matosta Caenorhabditis elegans [2] [3] [4] .

Projektin päämääränä on täydellinen malli, joka sisältää kaikki C. elegans -solut (hieman alle tuhat). Ensimmäisessä vaiheessa simuloidaan madon liikettä, jolloin simuloidaan 302 hermosolun ja 95 lihassolun työtä. Vuodelle 2014 luotiin malleja hermosoluista ja lihassoluista. Kolmiulotteinen interaktiivinen madon anatominen atlas on saatavilla projektin verkkosivuilla. OpenWorm-projektin osallistujat kehittävät myös geppetto-alustaa kokonaisten organismien mallintamiseen [5] .

Vuonna 2015 projektikoordinaattori S. Larson totesi, että asetetut tavoitteet saavutettiin 20-30 % [1] .

Harmaa lima

Gray goo on hypoteettinen tuomiopäivän skenaario , joka liittyy molekyyli-nanoteknologian edistymiseen ja joka ennustaa, että ohjaamattomat itsestään replikoituvat nanorobotit kuluttavat koko maapallon biomassan suorittaessaan itsensä lisääntymisohjelmaa (tämä skenaario tunnetaan nimellä "ekofagia").

Yleensä termiä käytetään suositussa lehdistössä tai tieteiskirjallisuudessa . Pahimmissa oletetuissa skenaarioissa, jotka vaativat suuria, avaruuteen kykeneviä koneita , myös Maan ulkopuolella oleva aine muuttuu harmaaksi tahraksi. Tämä termi viittaa suureen massaan itsestään replikoituvia nanokoneita, joilla ei ole rakennetta suuressa mittakaavassa, mikä voi olla tai ei ole kuin goo. Katastrofi johtuu Doomsday Machinen tahallisesta aktivoinnista tai vahingossa tapahtuvasta mutaatiosta itsestään replikoituvissa nanokoneissa, joita käytetään muihin tarkoituksiin, mutta jotka on suunniteltu toimimaan luonnollisessa ympäristössä.

Digital Organism

Digitaalinen organismi on itseään replikoituva tietokoneohjelma, joka mutatoituu ja kehittyy. Digitaalisia organismeja käytetään välineenä evoluution dynamiikan tutkimiseen Darwinin mukaan, tiettyjen hypoteesien tai evoluution matemaattisten mallien testaamiseen tai vahvistamiseen . Nämä tutkimukset liittyvät läheisesti tekoelämän luomiseen.

Itsejäljittyvät koneet

Self-replicating machines (SM:t) ovat eräänlaisia ​​autonomisia robotteja , jotka pystyvät toistamaan itseään käyttämällä ympäristön materiaaleja. Siten SM on jollain tavalla samanlainen kuin elävät organismit. Itse SM-konseptia ehdottivat ja testasivat Homer Jacobsen , Edward Forest Moore , Freeman Dytson, John von Neumann ja myöhemmin Eric Drexler nanoteknologiaa käsittelevässä kirjassaan "Machines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology" ja Robert Fraitos ja Ralph Merkle heidän kirjansa "Kinematics of Self-Reproducing Machines" . » [6] , joka toimitti ensimmäisen kattavan analyysin koko joukosta SM-malleja.

Historia

Kritiikki

Keinotekoisen elämän historiassa on ollut melko paljon kiistoja ja kiistoja. John Maynard Smith vuonna 1995 kritisoi joitain tekoelämää koskevia töitä kutsuen niitä "tieteeksi ilman faktoja" ( eng.  fact-free science ). Viimeaikaiset tekoelämää koskevat julkaisut [7] suurissa tieteellisissä julkaisuissa, kuten Science and Nature , osoittavat kuitenkin, että tiedeyhteisö tunnustaa keinotekoisen elämän simulointiin käytetyt tekniikat, ainakin evoluution tutkimuksessa .

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ 1 2 Nikolenko S., Kadurin A., Arkhangelskaya E. 1.5 Neurobiologian rajat: mitä me todella tiedämme? // Syvä oppiminen. Sukella hermoverkkojen maailmaan. - Pietari. : Peter, 2018. - S. 28. - 480 s. — (Ohjelmoijan kirjasto). - ISBN 978-5-496-02536-2 .
  2. ↑ sukkulamatojen harrastajat avaavat matonsa kickstarterille . Haettu 21. kesäkuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 27. tammikuuta 2018.
  3. ↑ Kohti virtuaalista C. elegansia: Kehys hermo-lihasjärjestelmän simulointiin ja visualisointiin 3D-fysikaalisessa ympäristössä. Palyanov A., Khayrulin S., Larson SD ja Dibert A. (2012) In Silico Biology 11(3): 137-147 Arkistoitu 22. huhtikuuta 2014.
  4. ↑ Laskennallisen neurotieteen ohjelmistokehityksen nykyinen käytäntö ja sen parantaminen. Gewaltig, M.-O. ja Cannon, R. (2014). PLoS Computational Biology, 10(1), e1003376. doi:10.1371/journal.pcbi.1003376
  5. ↑ Openworm tulee olemaan digitaalinen organismi selaimessasi . Arkistoitu 4. heinäkuuta 2017 Wayback Machinessa // Venturebeat, 30.04.2014
  6. ↑ KSRM Sisällysluettelo Sivu . www.molecularassembler.com. Haettu 20. marraskuuta 2016. Arkistoitu alkuperäisestä 29. huhtikuuta 2021.
  7. ↑ Richard Lenskin verkkosivu . myxo.css.msu.edu. Haettu 22. marraskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 30. marraskuuta 2012.

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa