In een digitale ‘oersoep’ die zonder regels zijn gang mag gaan, kunnen kunstmatige levensvormen ontstaan die zichzelf voortplanten. Dat blijkt uit een experiment dat ons mogelijk wijzer kan maken over hoe het leven op aarde ontstond.
Uit een digitale ‘oersoep’ van willekeurige data is een zelfreplicerende vorm van kunstmatig leven ontstaan. Dat gebeurde ondanks het feit dat de soep geen regels of doelen was opgelegd om dergelijk gedrag aan te moedigen.
Onderzoekers denken dat grotere versies van dit experiment mogelijk geavanceerdere digitale organismen opleveren. Als dat zo is, kunnen deze resultaten licht werpen op de mechanismen achter het ontstaan van leven op aarde.
Nemo is verbouwd, en laat techniek zien dicht bij de belevingswereld
Hele generaties zijn ermee opgegroeid: de iconische ballenmachine van wetenschapsmuseum Nemo, die met zijn kleurige ballen en ...
Digitaal leven
Hoewel we het evolutieproces goed begrijpen, is er weinig bekend over hoe moleculen voor het allereerst samen leven vormden. Om dat te onderzoeken, ontwierpen computerwetenschapper Ben Laurie van Google en zijn collega’s experimenten waarbij tienduizenden afzonderlijke stukjes computercode willekeurig werden gecombineerd. De gecombineerde codes voerden vervolgens miljoenen generaties lang hun instructies uit.
Omdat er geen regels waren die voorschreven hoe de computercodes moesten veranderen, verwachtten de onderzoekers dat de populatie van codes niets bijzonders zou doen. Maar tot hun verbazing ontdekten ze dat in de simulatie zelfreplicerende codes onstonden, die zich snel vermenigvuldigden. Zo wisten de codes snel een maximale populatie te bereiken – het aantal waarop de onderzoekers de simulatie hadden begrensd.
Uiteindelijk ontstonden er nieuwe soorten replicators, die om ruimte concurreerden. Af en toe wisten die nieuwelingen de vorige populatie te verdringen en vervangen, net zoals biologische organismen elkaar in het gedrang kunnen brengen.
De onderzoekers beschrijven hun experiment met de digitale oersoep in een artikel op de website Arxiv. Het werk is nog niet door onafhankelijke experts getoetst.
Borrelen en bruisen
Dit onderzoek is niet de eerste poging om het leven digitaal na te bootsen. Simulaties zoals de Game of Life, met een raster van cellen die ‘levend’ of ’dood’ zijn en die zich houden aan eenvoudige regels, hebben bijvoorbeeld zelfreplicerend gedrag laten zien. Wat dit werk uniek maakt, zegt Laurie, is dat dit systeem geen regels of doelen had die het ontstaan van ‘leven’ aanmoedigden. Het ontstond gewoon. ‘Het bruist en borrelt allemaal, en dan bam: ineens zijn ze allemaal hetzelfde’, zegt hij.
De experimenten vertellen ons mogelijk niets concreets over hoe biologisch leven begon, zegt Laurie, maar ze onthullen wel dat er mechanismen bestaan die complexiteit kunnen creëren vanuit het niets. Hij gelooft dat complex biologisch leven gewoon het resultaat is van een lange periode van willekeurige processen. ‘Ik denk niet dat er iets magisch is gebeurd’, zegt hij. ‘Er was gewoon natuurkunde aan de gang en dat leidde tot een aantal heel complexe dingen.’
Vanzelf complexer
Maar het leven op aarde ontstond pas na ‘miljarden jaren van talloze parallelle experimenten’, zegt Laurie. Hij gelooft dat er grote complexiteit zou ontstaan in hun digitale experimenten als het systeem groter is en langer doorloopt. Daarbij zou het team wel al snel tegen de grenzen aanlopen van wat mogelijk is met huidige computers. ‘Mijn gevoel zegt dat als je interessanter gedrag wilt zien – als je bijvoorbeeld wilt dat dingen elkaar opeten, of dat er oorlog uitbreekt tussen verschillende soorten, of een toename en complexiteit waardoor ze de omgeving kunnen voelen – dat er dan zoveel rekenkracht nodig is dat we het praktisch gezien niet gaan doen’, zegt Laurie.
Veel van de experimenten van het team hadden al miljoenen stappen doorlopen voordat ze georganiseerd gedrag vertoonden. Laurie zegt dat in één geval, dat op zijn laptop werd uitgevoerd, ongeveer 3 miljard instructies per seconde werden verwerkt en dat het nog steeds een half uur duurde voordat er zelfreplicatie optrad.
Erg cool
Computerwetenschapper Susan Stepney van de Universiteit van York in het Verenigd Koninkrijk vindt het werk fascinerend. ‘Het is een geweldige prestatie om zelfreplicerende programma’s te ontwikkelen vanuit een willekeurig startpunt’, zegt ze. ‘Dit is absoluut een grote stap voorwaarts in het begrijpen van mogelijke routes naar de oorsprong van het leven, in een medium dat nogal ver afstaat van de standaard [experimenten] van de biologie.’
Evolutionair bioloog en computerwetenschapper Richard Watson van de Universiteit van Southampton in het Verenigd Koninkrijk zegt dat de resultaten van de onderzoekers ‘erg cool’ zijn. Wel denkt hij dat het onwaarschijnlijk is dat ze automatisch tot steeds complexer gedrag zullen leiden. ‘Zelfreplicatie is belangrijk, maar het zou een vergissing zijn om te denken dat het een magic bullet is, waaruit vervolgens al het andere opwindende aan het leven automatisch volgt.’
Theoretisch bioloog Raquel Nunes Palmeira van University College in Londen betwijfelt ook of het werk echt licht werpt op de oorsprong van het leven op aarde. Ze vergelijkt het met een klassiek experiment waarbij RNA-strengen werden gerepliceerd in een reageerbuis, met als resultaat dat de lengte van het RNA steeds korter werd en de replicatiesnelheid steeds sneller. Een zeer eenvoudige vorm van natuurlijke selectie beloont een gebrek aan complexiteit. Dat is het tegenovergestelde van wat nodig is om de oorsprong van complex leven te verklaren, zegt ze.
‘Oneindig veel kopieën van iets hebben is geen garantie voor complexiteit’, zegt Nunes Palmeira. ‘Als je één ding hebt dat zichzelf repliceert, en dat sneller doet dan al het andere, dan krijg je gewoon een systeem dat volledig door dat ding wordt overgenomen.’
Het leven bestaat daarentegen uit meerdere, op elkaar inwerkende componenten, waaronder DNA, RNA en eiwitten. ‘Het is een zeer complex systeem. Ik denk dat we niet veel dichter bij het begrip komen van hoe het uit het niets is ontstaan door alleen naar zelfreplicatie te kijken.’
