科学において、生命がどのように発生したかという問題よりも大きな、または難しい問題はほとんどありません。もちろん、それが起こったとき、私たちは周りにいなかったし、生命が存在するという事実を除けば、生命が前世以外のものから生まれることを示唆する証拠はない.これは難問です。
クリストフ・アダミは生命がどのように始まったかを知りませんが、他の多くのことを知っています。彼の主な専門分野は情報理論であり、1940 年代に有線を介した情報伝達を理解するために開発された応用数学の一分野です。それ以来、この分野は幅広い応用が見出され、ミシガン州立大学の物理学と天文学、微生物学と分子遺伝学の教授であるアダミよりも多くのことを行った研究者はほとんどいません。彼は情報理論によって提供される分析的視点を取り入れ、それを微生物学、遺伝学、物理学、天文学、神経科学などの幅広い分野に移植しています。最近、彼はそれを使って、生命が最初にクリックされた瞬間に存在した可能性のある状況を統計的に調べています.
これを行うために、彼は精神的な飛躍から始めます。人生は化学的な出来事と考えるべきではないと彼は主張します。代わりに、情報として考えるべきです。視点を変えることで、厄介な問題に取り組み始めるための整然とした方法が提供されます。次のインタビューで、アダミは情報を「偶然よりも確実に予測する能力」と定義し、ヒトゲノム、またはあらゆる生物のゲノムを、収集された世界に関する情報のリポジトリと考えるべきだと述べています。進化の過程を経て、時間の経過とともに少しずつ。このリポジトリには、砂糖をエネルギーに変換する方法、サバンナで捕食者を回避する方法、そして進化にとって最も重要な繁殖方法や自己複製方法など、私たちが知る必要がある可能性のあるすべての情報が含まれています.
この再概念化は、生命がどのように始まったかという問題を解決するものではありませんが、そもそも生命が発達する可能性を計算し始めることができるフレームワークを提供します。アダミは、情報の前提条件は、正しい順序で組み立てられたときに意味のあるものを表現する一連の部品であるアルファベットの存在であると説明しています。無生物分子が結合して最初の情報ビットを生成した当時のアルファベットが何であったかは誰にもわかりません。しかし、情報理論を使用して、アダミは化学者が最初に存在しなければならなかった分子の分布について考えるのを助けようとしています.
クォンタ マガジン 生命の起源について情報理論が何を語らなければならないかについて、アダミと話しました。インタビューの編集および要約版が続きます。
QUANTA MAGAZINE:情報の概念は、生命の仕組みを理解するのにどのように役立ちますか?
クリストフ・アダミ:情報は人生の通貨です。情報の定義の 1 つは、偶然よりも可能性の方が優れた予測を行う能力です。それができれば、より高い率で生き残ることができるため、それはどの生物にも必要なことです。 [下等生物]は、炭素、水、糖があると予測します。高等生物は、たとえば生物があなたを追いかけていて、あなたが逃げたいかどうかについて予測を行います。私たちの DNA は、私たちが住んでいる世界とその中で生き残る方法についての百科事典です。
進化は、情報が環境からゲノムに流れ込むプロセスと考えてください。ゲノムは環境についてさらに学習し、この情報を使用して、ゲノムは環境の状態を予測できます。
もしゲノムが世界を反映しているなら、それは情報の文脈を特定のものにしませんか?
シーケンス内の情報は、その環境で解釈する必要があります。あなたのDNAは、火星や水中では何の意味もありません。水中はあなたが住んでいる場所ではないからです。シーケンスはコンテキスト内の情報です。ウイルスのシーケンス (そのホスト) は、その環境を利用できるため、複製するのに十分な情報を持っています。
環境が変わるとどうなりますか?
最初に起こることは、環境に関する情報だったものがもはや情報ではないということです。激変とは、環境について持っている情報の量が減少した可能性があることを意味します。情報は人生の通貨であるため、突然体調を崩します。それが恐竜に起こったことです。
生命を情報として考え始めると、生命が発生した条件についての考え方はどのように変わりますか?
人生は記号言語で保存された情報です。それは自己参照的であり、どの情報もまれであるため必要であり、希少であることを止める唯一の方法は、配列内で与えられた指示で配列をコピーすることです.すべての生命の秘密は、複製プロセスを通じて、非常に希少なものを非常に豊富なものにすることです.
Quanta Magazine の David Kaplan、Petr Stepanek、Ryan Griffin。カイ・エンゲルによる音楽
ビデオ: デビッド・カプランは、地球上の生命の起源に関する有力な理論を探ります。
では、最初の自己言及的な情報はどこから来たのでしょうか?
私たちはもちろん、地球上のすべての生命が進化に由来する膨大な量の情報を持っていることを知っています。これにより、情報はゆっくりと成長します。進化する前は、このプロセスを持つことはできませんでした。結果として、最初の情報は偶然に生じたに違いありません。
あなたの仕事の多くは、まさにその可能性、つまり生命が偶然に発生した可能性を解明することに費やされました.
一方で、問題は簡単です。一方で、それは難しいです。生命の起源におけるその象徴的な言語が何であったかはわかりません。それは、RNA やその他の分子のセットである可能性があります。しかし、それはアルファベットでなければなりません。簡単な部分は、アルファベットの文字の分布に関する知識がまったくない場合に、生命の可能性がどのくらいかを単純に尋ねることです.つまり、アルファベットの各文字が同じ頻度で自由に使用できます。
これに相当するのは、自己複製する [生命の形態] を探す代わりに、英語の単語を探しているとしましょう。 「起源」という言葉を取ります。文字をランダムに入力した場合、「起源」と入力する可能性はどのくらいありますか? 100 億分の 1 です。
簡単な言葉でさえ非常にまれです。次に、計算を行うことができます:偶然に 100 ビットの情報を取得する可能性はどのくらいでしょうか?有限の宇宙では、確率が事実上ゼロになる可能性はすぐに低くなります。
しかし、生命が誕生したとき、アルファベットの各文字が同じ割合で存在していたと仮定する理由はありません。デッキが積み上げられた可能性はありますか?
仮説上の原始化学の単量体であるアルファベットの文字は、同じ頻度で発生するわけではありません。それらが発生する速度は、温度、圧力、酸性度などの地域の条件に大きく依存します。
Kristen Norman for Quanta Magazine
ビデオ: Christoph Adami が、情報理論がどのように生命の存続を説明できるかを説明します。
これは、生命が誕生する可能性にどのように影響しますか?
文字の確率分布に偏りがあり、一部の文字が他の文字よりも可能性が高い場合はどうなるでしょうか?これを英語で行うことができます。文字分布が英語の分布であると想像してみましょう。e t より一般的 、これは i よりも一般的です .これを行うと、「起源」の出現の可能性が桁違いに増加することがわかります。あなたが望むものにより近い度数分布を持つだけで、それはあなたを少しだけ買うだけでなく、指数関数的に増幅する要因を買う.
これは生命の起源にとって何を意味するのでしょうか。自然発生の可能性を単純な数学的計算で計算すると、答えは、地球や宇宙のどの惑星でも起こりえないということです。しかし、可能性を調整するプロセスを無視していることがわかります。
地球上には非常に多様な環境ニッチがあります。さまざまな確率分布を持つ、あらゆる種類の異なる場所 (おそらく数百万または数十億の異なる場所) があります。必要なのは、たまたま正しい構成に近いものだけです。この膨大な種類の異なる環境を持つことで、無料で情報を入手できる可能性があります。
しかし、最初の情報が偶然に現れたときの状況はわかりません。
未知数が異常に多い。最大の問題は、化学物質の元のセットが何であったかがわからないことです。 [海底] の火山噴出孔で何が起こっているかについて、非常に多くの興味深い話を聞いてきました。無料で情報を手に入れるには、このような環境が整っているようです。生命の起源、つまり代謝と複製のどちらが先かという問題は常に問われます。この場合、無料で新陳代謝を得ているようです。複製にはエネルギーが必要です。エネルギーがなければできません。代謝がない場合、エネルギーはどこから来るのですか？これらの通気孔では、無料で新陳代謝が得られることがわかりました.
それを達成した場合、必要なのは、この代謝源から離れて、代謝を機能させる遺伝子を確立する方法だけです.
生命の起源に対するあなたの見解は、アミノ酸の化学について考えるような、より身近なアプローチとは大きく異なります。あなたのアプローチがそれらを補完する方法はありますか?
化学物質だけを見ていると、そこにどれだけの情報が含まれているかわかりません。無料で情報を提供するプロセスが必要であり、それがなければ数学はうまくいきません。特定のタイプの分子を作成すると、他のタイプの分子を作成する可能性が高くなり、確率分布にバイアスがかかり、生命の希少性が低下します。無料で必要な情報量は基本的にゼロです。
化学者は、情報理論を理解していないため、「あなたの言っていることはまだわかりません」と言いますが、聞いています。情報理論の厳密な適用がこれらの化学者に降り注いだのはおそらくこれが初めてですが、彼らは喜んで学びます。私は化学者に「生命の基本は情報だと思いますか?」と尋ねました。そして、彼らのほとんどは、「あなたはそれが情報だと確信しました」と答えました。
あなたのモデルは、どのようにして生命が偶然に出現するかを調査します。人々は哲学的にその可能性に反対していると思いますか?
[人工生命シミュレーター] アビダを設計したときに生命を作成した瞬間から、私は創造論者から攻撃を受けてきました。私はすぐに彼らの主要な標的リストに載っていました。私はこの種の戦いに慣れています。彼らは私が言っていることを本当に理解していなかったので、ある種の臆病な攻撃をしました.情報の概念を理解したことがないと思うので、これは正常です.
生物学、物理学、天文学、神経科学など、多くの分野に足がかりがあります。昨年のブログ投稿で、アーウィン シュレディンガーの言葉を好意的に引用しました。彼は次のように書いています。自分自身と自分の仕事をそのように考えていますか?
はい。私は理論物理学者としての訓練を受けていますが、さまざまな分野について学べば学ぶほど、これらの分野は人々が設定した境界によって区切られているのではなく、実際には非常に多くの共通点を共有していることに気づきます。その結果、遠隔地で可能なアプリケーションを発見し、そこに飛び込んで進歩を試みることを学びました.これは、中傷者がいないわけではない方法です。フィールドに飛び込むたびに、新しいレビュアーのセットがあり、彼らは「彼は一体誰だ?」と言います。私は非常に多くの異なる科学分野を見てきたため、他の人よりも遠くを見ることができると確信しています.
シュレーディンガーは続けて、科学者はこの種の統合作業を「自分自身を馬鹿にする危険を冒して」行うと述べています。心配ですか？
私はそれを痛感しているので、別の分野に飛び込むときは、自分を馬鹿にしないという偏見があるので、できる限りそれについて読むようにしています.ある分野に飛び込む場合、文献を完全に制御する必要があり、そのため 20 年間その分野に携わっているかのように振る舞うことができなければならず、それが困難です。だから2倍頑張らなきゃいけない。人々は「なぜそれをするのですか？」と言います。自分が貢献できると思われる問題を見つけた場合、他の人にそれを任せているとは言えません。
