Sciencemag.cz
Doporučujeme
Evoluci můžeme chápat různě, ale ta biologická každopádně představuje pouze jeden z jejích příkladů. Evoluci určitě podléhají jazyky. Evoluci (selekci i mutaci) mají memy. Na druhé straně ne každá změna je asi evoluce (hrníček se různě ošoupává a jednou rozbije, tomu bychom ale evoluce asi neříkali). Máme mluvit o evoluci galaxií? Nebo i evoluci hvězdy? Probíhá evoluce i uvnitř našich těl (tomu se v biologii zase spíše říká „devo“; no ale různé buňky také postupně přerůstají jedny přes druhé, jakoby je vytlačují v obdobě přírodního výběru, jasná je selekce a evoluce u buněk nádorových, kde můžeme rozlišovat různé generace…)? A co třeba evoluce geologických struktur na Zemi?
Nová studie se tedy pokouší biologickou evoluci nějak rozšířit, zobecnit, dokonce ji postulovat na podobné úrovni jako zákony fyzikální. „Chybějící přírodní zákon“ má říkat, že složité přírodní systémy se vyvíjejí ke stále většímu vytváření vzorů („šablon pro kopírování“ se tím asi myslí), rozmanitosti a složitosti (patterning, diversity, complexity).
Autory studie jsou vědci z Carnegie Institution for Science, Kalifornského technologického institutu (Caltech) a Cornellovy univerzity a filozofové z Coloradské univerzity (celkem 9 lidí, 3 filozofové vědy, 2 astrobiologové, datový vědec, mineralog a teoretický fyzik).
Nově postulovaný zákon má patřit k těm „makroskopickým“, podobně jako gravitační zákon nebo elektromagnetický. Nejprve je třeba definovat, co spadá do „složitých systémů“. Nuže, pro složité systémy má platit následující:
Jsou tvořeny mnoha různými složkami, jako jsou atomy, molekuly nebo buňky, které mohou být opakovaně uspořádány a přeskupovány.
Podléhají přírodním procesům, které způsobují vznik nesčetných různých uspořádání. Pouze malá část všech těchto konfigurací přežije v procesu „selekce na funkci“. Bez ohledu na to, zda se jedná o živý nebo neživý systém, pokud nová konfigurace dobře funguje a došlo ke zlepšení její funkce, znamená to, že došlo k evoluci.
Autoři myšlenky v této souvislosti postulují „zákon rostoucí funkční informace“ (PH: si pamatuji již z VŠ biochemie, čistě z hlediska entropie je buňka mnohem méně uspořádaná než krystal, ovšem „informace v živých systémech je funkční, nikoliv statistické povahy“, jak pravila učebnice). První autor studie, astrobiolog Michael L. Wong (Carnegie Institution for Science) pokládá „selekci pro funkci“ za základ nového zákona.
V případě Darwinovy myšlenky bylo onou „funkcí“, na kterou probíhala selekce, přežití a rozmnožení organismu. Nová studie tento pohled rozšiřuje a uvádí, že v přírodě se vyskytují nejméně tři druhy funkcí.
Nejzákladnější funkcí je stabilita – stabilní uspořádání atomů nebo molekul přetrvává spíše než nestabilní (poznámka: zřejmě „třídění z hlediska stability“, v češtině viz např. práce prof. Jaroslava Flegra). Selekce přednostně vybírá pro přetrvání také dynamické systémy s neustálým přísunem energie.
Nejzajímavější funkcí je v novém zákonu „novost“ (novinka, inovace – „novelty“) – tendence vyvíjejících se systémů zkoumat nové konfigurace, které někdy vedou k překvapivému novému chování nebo vlastnostem. Biologická evoluce je takových novinek plná.
Stejný typ evoluce se ale má odehrávat v říši minerálů. Nejstarší minerály představují obzvláště stabilní uspořádání atomů. Tyto prvotní minerály poskytly základ pro další generace minerálů, které se podílely i na vzniku života. Evoluce života a minerálů jsou vzájemně propojeny, život mj. i vytváří nové minerály v podobě schránek, zubů a kostí. Díky stále složitějším fyzikálním, chemickým a nakonec i biologickým procesům, které probíhaly v průběhu 4,5 miliardy let, je dnes na Zemi známo téměř 6 000 minerálů – na počátku jich přitom bylo jen asi 20.
A v případě hvězd: první hvězdy krátce po velkém třesku byly tvořeny pouze dvěma hlavními prvky, vodíkem a heliem. Tyto první hvězdy z vodíku a helia vyrobily asi 20 těžších chemických prvků. Další generace hvězd na tuto rozmanitost navázala a vytvořila téměř 100 dalších prvků.
„Tvrdíme, že Darwinova teorie je jen speciálním, byť samozřejmě velmi důležitým případem v rámci mnohem rozsáhlejšího přírodního jevu. Představa, že selekce na funkci je hnací silou evoluce, platí stejně tak pro hvězdy, atomy, minerály a mnoho dalších koncepčně rovnocenných situací, kde je selekčnímu tlaku vystaveno mnoho možných konfigurací,“ říká spoluautor studie a vedoucí výzkumu. Robert M. Hazen z Carnegie Science. (PH: a co je onou „funkcí“ třeba u minerálů?)
Vesmír vytváří nové kombinace atomů, molekul, buněk atd. Ty kombinace, které jsou stabilní a mohou pokračovat ve vytváření ještě více novinek, se budou vyvíjet (podléhat evoluci) i nadále.
Co má ze studie konkrétně vyplývat:
Mohla by umožňovat pochopit, jak se se různé systémy mohou v různé míře dále vyvíjet. „Potenciální složitost“ nebo „budoucí složitost“ byly navrženy jako ukazatele toho, o kolik složitější se systém podléhající evoluci může stát. (PH: Nedovedu si moc představit, jak by z hromady aminokyselin, nukleových kyselin a zbytku neživé Země mohl někdo odvozovat limit, kam až příslušná evoluce může vést, jaké jsou její meze…?)
Poskytuje poznatky o tom, jak lze uměle ovlivnit rychlost vývoje některých systémů. Pojem funkční informace naznačuje, že rychlost evoluce v systému lze zvýšit nejméně třemi způsoby: (1) zvýšením počtu a/nebo rozmanitosti interagujících činitelů, (2) zvýšením počtu různých konfigurací systému a/nebo (3) zvýšením selekčního tlaku na systém (například v chemických systémech častějšími cykly zahřívání/chlazení nebo rozpouštění-smáčení/krystalizace-sušení).
Umožňuje hlubší pochopení generativních sil, které stojí za vznikem a existencí složitých jevů ve vesmíru, a role informace při jejich popisu.
Nabízí pochopení života v kontextu jiných složitých systémů s evolucí. Život se asi přece jen nějak liší, zpracovává snad „funkční informaci“ nějakým odlišným způsobem?
Nabízí pomoc při hledání života ve vesmíru (PH: jak ale konkrétně?)
V době nástupu umělé inteligence snad může nová teorie poskytnout nějaké predikce („prediktivní informační zákony“) i o vývoji složitých symbolických systémů (asi míněno: kam až AI může dospět, otázka, aby nepřerostla nějaké meze atp.).
A nakonec, „zákon rostoucí funkční informace“ zajímavě doplňuje 2. termodynamický zákon, který říká, že entropie (neuspořádanost) izolovaného systému se v čase zvyšuje. (PH: intuitivně oba zákony fungují jako protiklady, to ovšem platí i pro samotnou evoluci života. Ono ale intuitivně se ale také zdá, že svět po velkém třesku byl mnohem chaotičtější než dnešní relativně uspořádaný vesmír s planetami, hvězdami, galaxiemi…)
On the roles of function and selection in evolving systems, Proceedings of the National Academy of Sciences (2023). DOI: 10.1073/pnas.2310223120. doi.org/10.1073/pnas.2310223120
Zdroj: Carnegie Institution for Science / Phys.org a další
Poznámky PH:
Co k tomu dodat? Osobně jsem k takto „velkorysým“ návrhům a zobecněním spíše skeptický, i když jádro sdělení je jasné a těžko zpochybnitelné: vedle života existují i jiné složité systémy, vedle biologické evoluce i jiné obdobné mechanismy… Respektive jinak řečeno, jsem skeptický ke konkrétním aplikacím této myšlenky. Řekněme, že tento zákon přijmeme. Co z toho pro nás vyplyne třeba pro budoucnost umělé inteligence?
Děkuji.
Vaše články a glosy mne přivádějí do jiného myšlenkového světa.