Czego o życiu może nauczyć nas sztuczne życie?

Maciej Komosiński, 2020

Życie jest jednym z najbardziej fascynujących, a zarazem najbardziej skomplikowanych zjawisk znanych człowiekowi. Współczesna nauka oferuje wiele metod badania fenomenu życia, jednak niektóre z tych badań wkraczają w najbardziej ryzykowne obszary działalności człowieka, prowokując pytania moralne i etyczne.

Definiujemy życie

Ponieważ ten artykuł mówi o życiu, tradycyjnie należałoby zacząć od jego definicji. I już na samym początku natrafiamy na problem – nie istnieje taka definicja, a tym bardziej prosta definicja, która wszystkim by się podobała i która obejmowałaby to, co uznajemy za żywe, zarazem nie obejmując tworów, które mało kto uznałby za żywe. Tradycyjne definicje oparte o proste cechy, takie jak poruszanie się, wchłanianie czy oddychanie, trudno uznać za wystarczające – są zbyt specyficzne, dostosowane do najbardziej typowych organizmów roślinnych i zwierzęcych. Z kolei skomplikowane i ogólne definicje również mają swoje wady. Przyjrzyjmy się jednej z takich definicji – przytacza ją Christoph Adami w swojej książce z 1998r. pt. „Introduction to Artificial Life”:

Życie jest właściwością zespołu jednostek, które współdzielą informacje zakodowane w fizycznym substracie i które, w obecności zakłóceń, potrafią utrzymać swoją entropię na poziomie znacznie niższym niż maksymalna entropia tego zespołu, w skali czasowej przekraczającej naturalny czas rozpadu o wiele rzędów wielkości.

Widać od razu, że definicja taka jest skomplikowana – dużo bardziej skomplikowana, niż stwierdzenie, że to co żyje – porusza się, je i oddycha. Spróbujmy tę definicję rozszyfrować. „Substrat” to nic innego jak pewna substancja – budulec albo klocki, z których zbudowane jest życie, na przykład substancje chemiczne czy atomy. „Zakłócenia” to niszczący wpływ środowiska – coś, co chce doprowadzić do rozpadu życia (znamy sentencję „z prochu powstałeś i w proch się obrócisz”). Entropia to miara nieuporządkowania – a zatem coś, co utrzymuje swoją entropię na niskim poziomie, utrzymuje swój porządek i pozostaje zorganizowane. „Naturalny czas rozpadu” to czas, w którym nasz zespół jednostek zakodowany w substracie spontanicznie utraciłby swoją organizację, gdyby nie… no właśnie, gdyby nie co? Gdyby nie był żywy. Bo jeśli jest żywy, to będzie utrzymywał swoją niską entropię (czyli porządek) o wiele, wiele dłużej, niż gdyby nie był żywy – na ten aspekt życia zwracał uwagę Erwin Schrödinger już w 1944 roku.

Teraz widzimy sens owej skomplikowanej definicji życia. Jednak jej potencjalną wadą jest to, że da się ją zastosować nie tylko do takich organizmów, jakie znamy z naszych ziemskich doświadczeń, ale również do istot z innych planet, do robotów, programów komputerowych, a nawet do algorytmów i bardziej abstrakcyjnych bytów. Czy to źle? Naukowcy uważają, że to dobrze, bo myśląc o życiu nie powinniśmy ograniczać się do tego, co znamy z naszej planety i wyłącznie do tego, czego do tej pory doświadczyliśmy. Powinniśmy skupić się na unikatowych cechach i wyznacznikach życia, a nie na jego jednej, konkretnej „implementacji” lub manifestacji, którą poznaliśmy.

Rodzaje sztucznego życia

Badania życia metodami sztucznego życia prowadzone są w wielu obszarach nauki. Wyróżnijmy trzy z nich: biologiczne, sprzętowe i programistyczne.

• W badaniach biologicznych (ang. wetware) bada się życie skonstruowane z tych samych klocków, jakie znamy z natury. Zatem życie to jest takie, jak naturalne – jednak powstaje w sposób sztuczny. Możemy na przykład zbudować genom wedle własnych zamysłów lub zmodyfikować genom istniejącego organizmu, jednak w efekcie powstanie organizm złożony z tych samych elementów, co organizm naturalny. Takie życie jest sztuczne z powodu swojego pochodzenia, a nie z powodu swojego składu.
• Z kolei sztuczne życie „sprzętowe” (ang. hardware) to świat robotów – autonomicznych, inteligentnych, być może ewoluujących i samonaprawiających się, a może też świadomych. Takie roboty spełniłyby nie tylko tę skomplikowaną definicję życia z poprzedniej części, ale nawet – przy zastosowaniu odpowiednich analogii – tę prostą, naiwną definicję. Oczywiście robot nie je i nie oddycha, ale porusza się, a jedzenie i oddychanie można uznać za przejawy metabolizmu – zatem robot „spożywa” energię elektryczną i „oddycha” substancjami, których potrzebuje do działania.
• Wreszcie, sztuczne życie programistyczne (ang. software) to najróżniejsze symulacje komputerowe, które odzwierciedlają wybrane aspekty życia – takie aspekty, które naukowcy akurat chcą zbadać, korzystając z dobrodziejstw symulacji komputerowej. Nawet zwykły wirus komputerowy spełnia wiele wymagań, jakie postawiły mu nasze definicje życia – „porusza się” siecią komputerową od komputera do komputera, „je” czas procesora i „oddycha” pamięcią, a także utrzymuje swój porządek (niską entropię) pomimo niszczącego wpływu środowiska (programy antywirusowe, czyszczenie pamięci, wyłączanie komputerów).

Porównując te trzy podejścia do badania życia zauważymy, że:

• biologiczne jest bardzo drogie i ryzykowne, ale może potencjalnie dostarczyć ogromnych korzyści ludzkości (bakterie i wirusy, które leczą różne choroby, etyczna produkcja syntetycznej żywności itd.),
• sprzętowe (robotyczne) jest tańsze i mniej ryzykowne, a ma również wielki potencjał korzyści,
• programistyczne jest najtańsze i – przy odpowiedniej dbałości – bezpieczne, a jego przydatność omówię poniżej.

Widzimy teraz, dlaczego tak istotna jest kwestia bezpieczeństwa: eksperymenty ze sztucznym życiem, nawet tym względnie bezpiecznym – programowym – to eksperymenty z potężnym narzędziem. A potężne narzędzie daje olbrzymią moc, która może być wykorzystana ku dobru, ale może też wymknąć się spod kontroli, nawet przypadkowo, i spowodować spustoszenie. Filmy science fiction już ten temat wyeksploatowały – pamiętamy zmutowane wirusy, które wydostały się z laboratoriów, zbuntowane roboty, czy pozornie niewinne programy manipulujące ludźmi i inteligentniejsze od nich.

Zastosowania programistycznego sztucznego życia

O zastosowaniach sztucznego życia biologicznego i sprzętowego już wspomniałem. A co może nam dać to najtańsze i najbezpieczniejsze (bo istniejące w naturalnie odseparowanej rzeczywistości) sztuczne życie programistyczne?

Z jednej strony, wzorując się na życiu biologicznym, możemy tworzyć algorytmy inspirowane naturą – takie jak sztuczne sieci neuronowe i algorytmy ewolucyjne, czy też odzwierciedlać inteligencję stadną. Niemała część tak ostatnio popularnej i powszechnie stosowanej sztucznej inteligencji wzoruje się na wybranych aspektach naturalnego życia. Z drugiej strony, symulacje komputerowe, które odzwierciedlają wybrane części naszej rzeczywistości, pozwalają tę rzeczywistość lepiej zrozumieć. Pozwalają analizować różne scenariusze przeszłości – czego nie możemy zrobić bezpośrednio w naszym świecie – odpowiadając na pytania dotyczące początków i powstania życia, rozwoju komunikacji i języków, czy też zachowań społecznych. Oprócz poważniejszych pytań o rozwój życia na ziemi, od biologii aż po socjologię i ekonomię, mamy też bardziej przyziemne zastosowania, na przykład w rozrywce – generowanie w filmach i grach komputerowych tłumów, realistycznych zachowań stad zwierząt, roślin, zastosowania w grafice, muzyce i ogólnie w sztuce.

W przeciwieństwie do tradycyjnej metody naukowej, która ma charakter analityczny (wyobraźmy sobie naukowców, którzy aby zrozumieć świat budują coraz lepsze i lepsze mikroskopy, aby zaglądać coraz głębiej i widzieć coraz dokładniej drobne elementy) – sztuczne życie pozwala wykorzystać metodę syntezy. Ta metoda jest nieodzowna tam, gdzie analiza nie prowadzi nas do celu – nie zrozumiemy myśli analizując szczegółowo poszczególne neurony, nie przewidzimy kursów akcji analizując pojedyncze firmy, i nie odkryjemy początków życia jedynie analizując szczegółowo jego obecny stan. Myśli czy kursy akcji to zjawiska emergentne. Powstają one w wyniku interakcji wielu prostych elementów, ale niełatwo przewidzieć skutek tej interakcji, pomimo posiadania pełnej wiedzy o wszystkich elementach składowych.

Więcej o przykładowych technikach i algorytmach wykorzystywanych w sztucznym życiu możesz dowiedzieć się z niniejszego portalu (www.alife.pl), a jeśli chcesz poeksperymentować na swoim komputerze czy telefonie z ewolucją symulowanych stworków wyposażonych w sztuczne sieci neuronowe, zajrzyj na stronę projektu www.framsticks.com. Jeśli chciał(a)byś poczytać więcej na te tematy – oto dwa kolejne, bardziej szczegółowe artykuły:

1. http://www.alife.pl/czym-jest-sztuczne-zycie
2. http://www.alife.pl/zycie-w-komputerze-symulacja-czy-rzeczywistosc

Omówienia algorytmów sztucznej inteligencji i sztucznego życia oraz pogadanki o konsekwencjach rozwoju tych technologii znajdziesz na kanale https://www.youtube.com/channel/UCCpnb4wSHw9pzxy5xNkGDdA/playlists.