Как происходит вычислительный процесс? Представьте, что в поисках ответа на этот вопрос инженер-электронщик с другой планеты отправляется на Землю в XXI век. Пройдя сквозь атмосферу, инопланетный исследователь попадает в один из крупнейших центров обработки данных на планете — информационный парк China Telecom, расположенный в 470 километрах к западу от Пекина. Но в этом городе серверных ферм наблюдать за вычислениями трудно. Осматривая бесконечные транзисторы в инфопарке, наш путешественник может решить, что ответ на его вопрос кроется в кремнии и оксидах металлов. В конце концов, с 1960-х годов большинство транзисторов и полупроводников изготавливаются из них.
Если бы инопланетянин посетил Землю несколькими десятилетиями раньше, он, возможно, подумал бы, что ответы на его вопрос кроются в другом. В 1940-х, до появления кремниевых полупроводников, вычисления могли казаться свойством термоэлектронных клапанов, изготовленных из вольфрама, молибдена, кварца и диоксида кремния. А еще столетием ранее, задолго до компьютерной эры, инопланетянин и вовсе пришел бы к странным выводам. В 1804 году (когда был запатентован жаккардовый ткацкий станок) ему бы показалось, что начальные формы вычислений возникли из растительной массы и естественных выделений шелкопряда — из этих материалов делали рамы и нити для станков.
Мы уже знаем, что любые из этих выводов ошибочны. Вычисления не возникают из кремния, вольфрама, насекомых или других металлов. Они возникают из логических операций. Эта история не только о трудностях, с которыми мог бы столкнуться инопланетный инженер. Она так же и о том, как человечество пытается найти ответ на один из самых сложных вопросов — о происхождении жизни. Люди пытаются изучать свое далекое прошлое посредством знаний о материалах.
Общепринятые объяснения происхождения жизни вызывают все больше сомнений, появляются новые теории. Ученые предполагают, что жизнь зависит не только от аминокислот, ДНК, белков и других форм материи. Сегодня ее можно смоделировать в цифровом виде, биологически синтезировать или создать из совершенно иных материалов — не из тех, что позволили нашим эволюционным предкам процветать. Но если материалы, из которых состоит жизнь (как и материалы, на которых работают приборы), могут меняться, то что остается неизменным? Существуют ли более глубокие законы или принципы?
Наша планета, по всей видимости, является исключительной. Из тысяч других пока только на одной обнаружены признаки жизни. Земля, по словам Карла Сагана, одинокая песчинка в космической тьме. Это одиночество — неразрешенная загадка, с которой сталкиваются ученые, изучающие происхождение и эволюцию. Как могло случиться так, что лишь на одной планете есть неопровержимые доказательства существования жизни, хотя законы физики действуют и для всех остальных, а элементы из таблицы Менделеева можно найти по всей Вселенной?
Нам может помочь прямое признание факта, что Земля действительно уникальна — она физически и химически не похожа на многие другие планеты, которые мы формально идентифицировали.
Нужно принять за основу это утверждение, что только на Земле сложились особые условия, способствующие развитию нашей редкой химии, и это произошло около 4 миллиардов лет назад.
В 1952 году Стэнли Миллер и его научный руководитель Гарольд Юри представили первые доказательства этой идеи, полученные в результате серии экспериментов, проведенных в Чикагском университете. Эксперимент Миллера-Юри, как его стали называть, был направлен на воссоздание атмосферных условий ранней Земли и проверку того, могли ли аминокислоты быть созданы в реконструированной неорганической среде. Когда эксперимент увенчался успехом, возникновение жизни стали связывать с конкретными материальными и химическими условиями нашей планеты миллиарды лет назад.
Однако более поздние исследования показали, что могут существовать и другие возможности возникновения жизни в результате потенциальных химических реакций. Как утверждают химик Ли Кронин и физик-теоретик Сара Уокер, поиск почти невероятных химических совпадений может ограничить наши возможности в поиске других процессов, имеющих отношение к жизни. Большинство химических реакций, независимо от того, происходят они на Земле или в других частях Вселенной, не связаны с жизнью организмов. Одного только химического анализа недостаточно, чтобы определить, является ли что-то живым, поэтому исследователи, изучающие происхождение жизни, должны использовать другие методы, чтобы делать точные выводы.
Сегодня «адаптивная функция» является основным критерием для определения правильных видов биотической химии, которые порождают жизнь, как любит подчёркивать биолог Майкл Лахманн. Адаптивную функцию относят к способности организма биологически изменяться, эволюционировать или, другими словами, решать проблемы. «Решение проблем» может показаться более тесно связанным с обществом, культурой и технологиями, чем с биологией. Мы можем вспомнить о проблеме миграции на новые острова, которая была решена, когда люди научились ориентироваться по океанским течениям, или о проблеме построения траекторий, которую наш вид решил, научившись вычислять углы, или даже о проблеме поиска убежища — для этого мы строили первые дома. Но генетическая эволюция тоже включает в себя решение проблем. Крылья насекомых решают «проблему» полёта. Развитые органы зрения решают «проблему» видения и ориентиров. А почки решают «проблему» фильтрации крови. Такой способ решения биологических задач — результат естественного отбора и генетического дрейфа — обычно называют «адаптацией». Хотя это важно, в первую очередь, для эволюции, новые исследования предполагают, что решение биологических проблем имеет значение и для зарождения жизни.
Если принимать во внимание такой подход, наши представления о Вселенной радикально изменятся. Жизнь начнет все больше походить не на результат химических и физических процессов, а на вычислительный процесс.
Идея о жизни как о вычислительном процессе уходит корнями в IV век до н. э., когда Аристотель представил свою философию гилеморфизма, в которой функции имеют приоритет над формами. Для Аристотеля такие способности, как зрение, были связаны не столько с биологической формой и веществом глаз, сколько с функцией видения. Потребовалось около 2000 лет, чтобы идея гилеморфных функций превратилась в идею адаптивности. В XIX веке натуралисты перестали определять организмы только по их материальным компонентам и химическому составу и вместо этого начали уделять внимание тому, как они адаптируются и эволюционируют — как обрабатывают информацию и решают задачи. Потребовалось ещё столетие, чтобы идея функций превратилась в абстрактную концепцию вычислений благодаря работе Алана Тьюринга и более ранним мыслям Чарльза Бэббиджа.
Тьюринг разработал общую модель вычислений — свою универсальную машину. В 1936 году он представлял себе эту машину как магнитофон, состоящий из считывающей и стирающей головки, соединённой с бесконечно длинной лентой. Когда лента проходит через машину, отдельные биты информации (мгновенно сохраняемые) считываются или записываются на неё. И машина, и лента совместно определяют, какой бит будет считан или записан следующим.
Тьюринг не упомянул ни одного материала, из которого можно было бы построить такую машину. Его интересовало только, чтобы компьютер надежно хранил, считывал и записывал биты. Вот почему, как это ни удивительно, эта простая программируемая машина представляла собой абстрактную модель того, как работают наши мощные современные компьютеры. Но теорию вычислений, разработанную Тьюрингом, также можно понимать как теорию жизни. И вычисления, и жизнь включают минимальный набор алгоритмов, поддерживающих адаптивное функционирование. Поиск начала жизни и понимание вычислительных процессов могут не так уж сильно отличаться. В обоих случаях мы можем уйти с верного пути, если сосредоточимся на материалах, химии, физической среде и условиях.
В ответ на эти опасения появился целый набор идей, объясняющих жизнь по-новому, с помощью принципов и процессов, схожих с вычислениями. Что движет этими идеями, разработанными за последние 60 лет исследователями из разных областей, включая физику, информатику, астробиологию, синтетическую биологию, эволюционную науку, нейробиологию и философию? Движет ими поиск фундаментальных принципов, которые управляют процессом решения задач.
Эти идеи можно сгруппировать в три отдельные категории, три гипотезы — Трон, Голем и Мопертюи. Гипотеза Трона предполагает, что жизнь можно смоделировать с помощью программного обеспечения, не полагаясь на материальные условия, которые дали начало живым существам. Гипотеза Голема предполагает, что жизнь может быть синтезирована с помощью материалов, отличных от тех, которые впервые придали импульс нашей эволюционной истории. И, если эти две идеи верны и жизнь не связана с редкими химическими свойствами Земли, тогда мы имеем гипотезу Мопертюи, которая исследует фундаментальные законы, лежащие в основе возникновения сложных вычислительных систем.
В 1982 году вышел научно-фантастический фильм «Трон». Режиссер Стивен Лисбергер рассказал историю биологических существ, идеально продублированных в компьютерной программе. Герой фильма — человекоподобный алгоритм, который повторяет главные особенности жизни, не полагаясь на биотическую химию. Гипотеза Трона — это идея о том, что полностью реализованная симуляция жизни может быть создана с помощью программного обеспечения, свободного от исключительной химии Земли. Главный вопрос этой теории заключается в том, являются ли основы жизни в первую очередь информационными.
Через пять лет после того, как фильм «Трон» вышел в прокат, учёный-компьютерщик Кристофер Лэнгтон представил миру концепцию, которую он назвал «искусственная жизнь», или ALife, на организованном им семинаре по моделированию живых систем. Для Лэнгтона ALife была способом сосредоточиться на синтезе жизни, а не на аналитических описаниях эволюции. Это позволило ему выйти за рамки «жизни, какой мы её знаем», и перейти к тому, что он назвал «жизнью, какой она может быть». Цель, по его собственным словам, состояла в том, чтобы «воссоздать биологические явления в альтернативных средах», создать реалистичные объекты с помощью компьютерного программного обеспечения.
Лэнгтон использовал компьютеры в качестве лабораторных инструментов вслед за двумя математиками — Станиславом Уламом и Джоном фон Нейманом, которые работали над Манхэттенским проектом. В конце 1940-х годов Улам и фон Нейман начали серию экспериментов на первых компьютерах, которые включали моделирование роста с помощью простых правил. В ходе этой работы они открыли концепцию клеточных автоматов — модели вычислений и биологической жизни. Улам искал способ создать имитацию автомата, который мог бы воспроизводить сам себя, как биологический организм, а фон Нейман позже связал концепцию клеточных автоматов с поиском истоков жизни. Используя эту концепцию, фон Нейман сформулировал теорию происхождения жизни — так же, как Тьюринг ранее сформулировал теорию вычислений, — в поисках абстрактных принципов, управляющих тем, что он называл «конструированием», то есть биологической эволюцией и развитием. Сложные формы конструирования создают паттерны, которые мы ассоциируем с жизнью организмов, например рост клеток. Гораздо более простую форму конструкции можно создать на компьютере с помощью операции копирования и вставки. В XX веке идеи фон Неймана о самовоспроизводящемся клеточном автомате, универсальном конструкторе, были сочтены слишком абстрактными, чтобы помочь нашему пониманию химического происхождения жизни. Они также, казалось, мало что могли сказать о биологических процессах, таких как адаптация и естественный отбор.
Исследования в области искусственной жизни, последовавшие за работами Улама, фон Неймана и Лэнгтона, породили множество увлекательных вопросов. Но, как и работы фон Неймана, эти вопросы оказали ограниченное и кратковременное влияние на исследователей, активно работающих над происхождением жизни. В конце XX века несколько первопроходцев, в том числе философ Марк Бедау, в значимой статье под названием «Открытые проблемы искусственной жизни» посетовали на отсутствие прогресса в решении этих вопросов. Среди нерешенных проблем, выявленных Бедау и его соавторами, были создание «молекулярного протоклетки in vitro», достижение «перехода к жизни в искусственной химической среде in silico», демонстрация «появления интеллекта и разума в искусственной живой системе» и, помимо прочего, оценка «влияния машин на следующий крупный эволюционный этап».
Эти открытые вопросы так и остались без ответа, что в целом отражает упадок в этой области. После публикации статьи ее авторы в основном занялись научной карьерой, перейдя от проблем искусственной жизни к смежной области эволюционной теории, либо продолжая исследовательские проекты, связанные с химией, а не с программным обеспечением.
Тем не менее, прецедент ALife создал несколько очень сложных моделей и идей. В том же году, когда Бедау и его коллеги выявили проблемы проекта, другая группа исследователей продемонстрировала новые достижения в области искусственной жизни. В своей исследовательской статье «Эволюция биологической сложности» (2000) команда, возглавляемая физиком-теоретиком Кристофом Адами, написала о компьютерной программе под названием Avida, которая моделировала эволюционные процессы. «Система Avida, — писали Адами и его соавторы, — содержит популяции самовоспроизводящихся компьютерных программ в сложной и зашумленной среде в памяти компьютера». Они назвали эти программы «цифровыми организмами» и описали, как они могут эволюционировать (и мутировать) за считанные секунды с помощью запрограммированных инструкций. Каждый организм Avida представлял собой единый смоделированный геном, состоящий из последовательности инструкций, которые обрабатываются как команды для центрального процессора виртуального компьютера.
Гипотеза Трона казалась многообещающей. Но, в конце концов, работа Адами и других ученых внесла более важный вклад в популяционную генетику и теоретическую экологию, чем в исследования происхождения жизни. Эта работа помогла соединить фундаментальные теоремы в вычислениях с абстрактными биологическими концепциями, такими как рождение, конкуренция и смерть, но не разрушила влияние пребиотической химии на доминирующие концепции жизни.
В последние годы ситуация начала меняться, поскольку новые физические концепции расширяют стандартную гипотезу Трона. В 2013 году физик Дэвид Дойч опубликовал статью о своей конструкторской теории. Эта теория предложила новый подход к физике, при котором вычисления были основополагающими для Вселенной, на более глубоком уровне, чем законы квантовой физики или общей теории относительности. Дойч надеялся, что эта теория обновит доминирующие идеи в традиционной физике, создав более общую структуру, которая устранит многие недостатки, особенно в квантовой и статистической механике, и установит фундаментальный статус вычислений. Он также хотел добиться всего этого, создав строгую и последовательную структуру для возможных и невозможных преобразований, которые включают в себя такие явления, как движение тела в пространстве или переход от необитаемой планеты к обитаемой. Теория конструктора не предоставляет количественную модель и не даёт прогнозов о том, как будут происходить эти преобразования. Это качественная основа для рассуждений о возможностях; она объясняет, что может и что не может происходить во Вселенной, выходя за рамки законов традиционной физики. Теория Дойча — это провокационное видение, остаётся много вопросов о её полезности.
Теория Дойча основана на модели фон Неймана «построение-воспроизведение» — оригинальной гипотезе Трона, — которая, в свою очередь, основана на модели вычислений Тьюринга. Благодаря теории Дойча мы начинаем отходить от принципов моделирования, которые используются в организмах Avida и эволюции на основе кремния, и движемся к более масштабным концептуальным идеям о том, как могла возникнуть жизнь. Теория сборки и другие подобные идеи могут быть необходимы для понимания более глубоких истоков жизни, которые традиционная физика и химия не могут объяснить должным образом.
Одно дело моделировать жизнь или определять принципы, присущие этим моделям. Синтезировать жизнь — совсем другое дело. По сравнению с жизнью, моделируемой с помощью программного обеспечения, гипотеза Голема утверждает, что синтетическая форма может быть создана из новых химических компонентов, отличных от тех, которые дали начало сложным формам жизни на Земле. Эта гипотеза названа в честь мифического существа, которое живет и дышит, несмотря на то, что полностью сделано из неодушевленных материалов, как правило, из грязи. Оживленный путем нанесения на лоб магического слова, голем представляет собой форму искусственной жизни, созданную в процессе, отличном от эволюции. Если Трон делает упор на информацию, то Голем делает упор на энергию – это способ привязки информации к метаболизму.
В начале XXI века уровень вопросов к такой «грязи» возрос, поскольку ограничения, связанные с ALife, пробудили новый интерес к роли различных материалов и метаболизму, которые можно было найти на добиотической Земле. В 2005 году химики Стивен Беннер и Майкл Сисмур выделили два типа синтетиков-биологов, которые работали над проблемами жизни: одни используют неестественные молекулы для воспроизведения эмерджентного поведения, характерного для естественной биологии, с целью создания искусственной жизни. Другие ищут взаимозаменяемые части из естественной биологии, чтобы собирать из них системы, которые функционируют неестественно. Если последние проверяют гипотезу Трона, то первые проверяют гипотезу Голема.
Гипотеза Голема поднимает важные вопросы: если жизнь может быть создана из материалов, отличных от тех, что мы знаем, то каковы общие принципы, лежащие в основе всех живых существ? Каковы универсальные свойства химии, поддерживающей жизнь?
Теория сборки позволяет нам начать искать ответы на эти вопросы. Она помогает понять, как создаются все объекты химии и биологии. Каждый сложный объект во Вселенной, от микроскопических водорослей до высоких небоскрёбов, состоит из уникальных частей, включающих комбинации молекул. Теория сборки помогает разобраться, как эти части и объекты комбинируются и как каждое поколение сложных объектов зависит от более ранних комбинаций. Поскольку эта теория позволяет нам измерить «индекс сборки» объекта — насколько он «собран», насколько сложны его части, — мы можем делать выводы об эволюции, которые отличаются от тех, что обычно используются для определения жизни.
В рамках этой концепции можно идентифицировать объекты, которые являются результатом эволюционного процесса, по количеству этапов сборки, без предварительной модели или знания деталей процесса. Требования заключаются в следующем: во-первых, объект можно разложить на строительные блоки; во-вторых, существует минимальный набор правил для соединения блоков; в-третьих, существуют последовательности, описывающие составление этих блоков в объект, где промежуточные стадии могут быть повторно использованы в качестве новых строительных блоков. Очень низкие показатели сборки характерны для чистой физической и химической динамики, которая приводит к образованию кристаллов или планет, но высокие показатели с большой популяцией объектов принимаются как свидетельство эволюционного процесса и признак жизни. В некотором смысле теория сборки — это версия гипотезы Голема: с ее помощью мы потенциально можем обнаружить формы жизни, созданные в результате процесса, отличного от эволюции. Идея заключается в том, что для сборки сложного объекта, такого как голем, требуется значительное количество времени, энергии и информации, и индекс сборки является мерой этих требований. Эта теория позволяет нам сопоставить определенные вычислительные концепции таким образом, чтобы мы могли найти общую сигнатуру процесса решения проблем.
Теория Голема показывает нам, насколько разнообразными могут быть живые материалы во Вселенной и насколько узким может быть взгляд на их ограниченный набор. Теория сборки показывает, что любой исторический процесс оставляет универсальные отпечатки на материалах, какими бы разнообразными они ни были.
Теории Трона и Голема являются сложными и смелыми, но, возможно, существуют ещё более радикальные идеи о происхождении жизни. Эти идеи предполагают, что появление сложных вычислительных систем (то есть жизни) во Вселенной может быть обусловлено более глубокими принципами, чем мы предполагали ранее. У организмов может быть более общая цель, чем адаптация. Что, если формы жизни возникают не в результате серии адаптивных случайностей, таких как мутации и отбор, а в результате попыток решить проблему? Мы называем это гипотезой Мопертюи. В ней рассматривается вопрос о том, как жизнь может распространяться по Вселенной даже без особых условий, существующих на Земле. Гипотеза Мопертюи предполагает, что, основываясь на втором законе термодинамики, жизнь может быть способом, с помощью которого Вселенная быстрее достигает термодинамического равновесия. Возможно, именно так Вселенная «решает» проблему более эффективной переработки энергии.
Пьер-Луи Моро де Мопертюи был французским математиком и философом ХVIII века, сформулировавшим принцип наименьшего действия, который объясняет простые траектории света и физических объектов в пространстве и времени. В обоих случаях природа демонстрирует экономию средств: свет проходит самый быстрый путь между двумя точками; физические объекты движутся таким образом, что требуется наименьшее количество энергии. Жизнь тоже можно понимать как минимизацию или максимизацию определенных величин. Исследование происхождения жизни можно рассматривать как поиск этих величин.
Например, естественный отбор — это процесс, в котором повторяющиеся циклы выживания заставляют доминирующие генотипы кодировать все больше и больше информации об окружающей среде. Это создает организмы, которые, по-видимому, максимизируют адаптивную информацию при сохранении метаболической энергии. И в процессе эти организмы ускоряют производство энтропии во Вселенной. Можно абстрагировать эту динамику в терминах байесовской статистики. С этой точки зрения популяция эволюционирующих организмов ведет себя как процесс выборки, при котором каждое поколение выбирает из возможного диапазона генетических вариантов. На протяжении многих поколений население может обновлять свои коллективные знания о мире посредством повторяющихся раундов выживания (естественного отбора).
Это байесовское мышление привело к принципу свободной энергии, предложенному нейробиологом Карлом Фристоном в 2005 году. Этот принцип стал основой того, что мы называем гипотезой Мопертюи. Как и теория сборки, принцип свободной энергии стремится создать единую концепцию для всех живых систем. Принцип Фристона расширяет идеи байесовской статистики (оценка параметров) и статистической механики (минимизация функций затрат) для описания любого процесса обучения или адаптации, будь то у людей, организмов или других живых систем.
Его концепция направлена на то, чтобы объяснить, как эти живые системы стремятся минимизировать неопределённость в отношении своего окружения, учась делать более точные прогнозы. Для Фристона «свободная энергия» — это своего рода мера неопределённости: разница между прогнозом и результатом. Чем больше разница, тем выше свободная энергия. В концепции Фристона живая система — это просто любая динамическая система, которая, как может показаться, минимизирует свободную энергию, то есть неопределённость. Камень, катящийся вниз по склону, минимизирует потенциальную энергию, но не фристоновскую свободную энергию — камни не учатся лучше прогнозировать изменения в окружающей среде. Однако бактерия, плывущая по полю из питательных веществ, минимизирует свободную энергию, извлекая информацию из окружающей среды, чтобы фиксировать положение своей пищи. Бактерия похожа на камень, который делает выводы.
Если принять идею о том, что моделирование мира путём извлечения информации и построения выводов об окружающей среде является основой жизни, то жизнь должна возникать повсюду и довольно легко. Подобно принципу наименьшего действия, лежащему в основе всех физических теорий, идея Фристона предполагает, что минимизация свободной энергии — это действие, поддерживающее каждую форму жизни (биологические организмы, общества и технологии). С этой точки зрения даже модели машинного обучения, такие как ChatGPT, являются потенциальными формами жизни, потому что они могут действовать в мире, воспринимать изменения во время обучения и изучать новые внутренние состояния, чтобы минимизировать свободную энергию.
Согласно гипотезе Мопертюи, живые существа не ограничиваются биологическими объектами, но являются, в более общем смысле, машинами, способными передавать адаптивные решения последующим поколениям за счет минимизации свободной энергии. Другими словами, живые существа способны передавать информацию из своего прошлого в свое будущее. Если это правда, то как мы определяем границы живых существ? Что считается личностью?
Информационная теория индивидуальности, разработанная Дэвидом Кракауэром и коллегами из Института Санта-Фе в Нью-Мексико и сотрудниками Института Макса Планка в Лейпциге в 2020 году, решает этот вопрос. Отвечая на такие идеи, как принцип свободной энергии Фристона, мы предположили, что существуют более фундаментальные индивидуумы, чем кажущиеся дискретными формы жизни вокруг нас. Эти люди определяются их способностью передавать адаптивную информацию во времени. Мы называем их частицами Мопертюи за то, что они играют роль, сравнимую с частицами, движущимися внутри полей в физической теории, – подобно массе в гравитационном поле. Этим индивидуумам не обязательно быть биологическими. Все, что им нужно сделать, — это передать адаптивные решения последующим поколениям.
Жизнь основана на создании копий, которые постепенно адаптируются к окружающей среде с каждым новым поколением. В традиционных подходах к происхождению жизни особенно важны механизмы репликации, такие как копирование гена внутри клетки. Однако репликация может принимать и другие формы. Копирование гена — это просто химический способ приблизиться к более широкой информационной функции частиц Мопертюи. Даже в рамках биологии существует множество индивидуумов: вирусы, которые передают большую часть своих механизмов репликации в геномы-хозяева, микробные маты (бактериальные коврики), в которых горизонтальный перенос генов размывает информационные границы клетки, и эусоциальные насекомые, у которых бесплодные рабочие поддерживают фертильную матку, производящую будущих потомков. Согласно информационной теории индивидуальности, индивидуумы могут быть созданы на основе различных химических соединений. Важно то, что жизнь определяется адаптивной информацией. Гипотеза Мопертюи открывает новые возможности для определения того, что считать живым существом: новые формы и степени индивидуальности.
Так как же нам найти этих индивидуумов? Согласно информационной теории индивидуальности, они представляют собой динамические процессы, которые кодируют адаптивную информацию. Чтобы понять, как они могут быть обнаружены, рассмотрим, как различные объекты в нашей Вселенной обнаруживаются на разных длинах световых волн. Многие признаки жизни, такие как тепловые сигнатуры метаболической активности, становятся видимыми только на более высоких длинах волн. Другие, такие как поток углерода, видны на более низких длинах волн. Точно так же формы жизни обнаруживают с помощью разных информационных частот. Каждая форма жизни обладает своим частотным спектром, причем каждый тип формирует все более сильные корреляции в пространстве (все большая и большая адаптация) и во времени (все более продолжительная наследственность). Даже в рамках одних и тех же химических процессов можно встретить множество разных индивидуумов в зависимости от выбора используемого информационного фильтра. Рассмотрим многоклеточный организм – человека. Если смотреть на него на расстоянии (используя своего рода фильтр крупной зернистости), она представляет собой единую скоординированную сущность. Однако при ближайшем рассмотрении (с использованием мелкозернистого фильтра) это единое целое изобилует в некоторой степени независимыми тканями, клетками и белками. Существует множество шкал индивидуальности.
Итак, какова общая цель этих размножающихся индивидуумов? Поскольку каждый из них расходует метаболическую энергию для обеспечения надежного распространения информации, они ускоряют производство энтропии в окружающей среде. Таким образом, обмениваясь адаптивной информацией, каждый индивид косвенно ускоряет тепловую смерть Вселенной. Решая мелкие проблемы на местном уровне, жизнь создает большие проблемы на глобальном уровне.
Главное в жизни — решать проблемы? Размышляя о нашем биотическом происхождении, важно помнить, что большинство химических реакций не связаны с жизнью, независимо от того, происходят ли они здесь или где-либо еще во Вселенной. Одной химии недостаточно, чтобы идентифицировать жизнь. Вместо этого исследователи используют адаптивную функцию – способность решать проблемы – в качестве основного доказательства и фильтра для выявления правильных видов биотической химии. Если жизнь — это материя, позволяющая решать проблемы, то наше происхождение было не чудесным или редким событием, обусловленным химическими ограничениями, а, напротив, результатом гораздо более универсальных принципов информации и вычислений. И если жизнь понимается с помощью этих принципов, то, возможно, она возникала чаще, чем мы думали ранее, из-за проблем такого масштаба, как взрыв, который привел к движению нашей абиотической вселенной 13,8 миллиарда лет назад.
Физическое объяснение происхождения и эволюции Вселенной — это чисто механическое дело, объясняемое такими событиями, как Большой взрыв, образование легких элементов, конденсация звезд и галактик и появление тяжелых элементов. Эта учетная запись не связана с целями или проблемами. Но физика и химия, давшие начало жизни, по-видимому, делали нечто большее, чем просто подчинялись фундаментальным законам. В какой-то момент истории Вселенной материя стала целенаправленной.
В абиотической вселенной физические законы, такие как закон всемирного тяготения, подобны вычислениям, которые могут выполняться везде в пространстве и времени с помощью одних и тех же базовых операций ввода-вывода. Однако для живых организмов правила жизни могут быть изменены или запрограммированы для решения уникальных биологических проблем – эти организмы могут приспосабливаться к себе и окружающей среде. Вот почему, если абиотическая вселенная — это механизм различий, то жизнь — это аналитический механизм. Этот переход от одного к другому знаменует момент, когда материя стала определяться вычислениями и решением проблем. Конечно, для этого перехода требовалась специализированная химия, но фундаментальная революция произошла не в материи, а в логике.
В этот момент впервые в истории Вселенной возникла большая проблема, связанная с тем, чтобы дать возможность Большому Взрыву сорвать свой куш. Чтобы раскрыть эту большую проблему – понять, как материя смогла адаптироваться к, казалось бы, бесконечному диапазону условий окружающей среды, – за последнее столетие появилось множество новых теорий и абстракций для измерения, открытия, определения и синтеза жизни. Некоторые исследователи синтезировали жизнь в кремнии. Другие экспериментировали с новыми формами материи. А иные открыли новые законы, которые могут сделать жизнь такой же неизбежной, как физика.
Правда пока неясно, что именно позволит нам выйти за рамки истории нашей планеты.