Christoph Adami: Encontrando vida que no imaginamos.

¿Cómo buscamos vida extraterrestre si no se parece a la vida que conocemos? En TEDxUIUC, Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Cristoph Adami muestra cómo usa su investigación sobre vida artificial (programas informáticos auto-replicantes) para encontrar un distintivo, un "biomarcador", que esté libre de nuestros prejuicios de lo que es la vida.

Tengo una carrera extraña.

Lo sé, porque se acercan mis colegas

y dicen: "Chris, tienes una carrera extraña".

(Risas)

Y lo entiendo,

porque comencé mi carrera

como físico teórico nuclear.

Pensaba en quarks, en gluones,

en colisiones de iones pesados,

y tenía tan sólo 14 años.

No, no tenía 14.

Pero después de ello,

tuve mi propio laboratorio

en el departamento de neurociencia computacional,

y no estaba haciendo neurociencia.

Después, trabajé en genética evolutiva

y en biología de sistemas.

Pero hoy les contaré algo más.

Les contaré

cómo aprendí algo acerca de la vida.

En verdad era científico.

No trabajaba en cohetes,

pero sí en el Jet Propulsion

Laboratory (Laboratorio de Propulsión a Chorro)

en la soleada California donde está templado;

mientras que ahora estoy en el medio-oeste,

y hace frío.

Pero fue una experiencia emocionante.

Un día un gerente de la NASA entró a mi oficina,

se sentó y me dijo:

"¿Podría por favor decirnos

cómo buscamos vida fuera de la tierra?"

Y me sorprendió,

porque me habían contratado

para trabajar en computación cuántica.

Sin embargo, tenía una buena respuesta.

Le dije: "No tengo idea".

Y él me dijo: "Biomarcadores,

necesitamos buscar un biomarcador".

Le dije: "¿Qué es eso?"

Me dijo: "Es un fenómeno medible

que nos permite indicar

la presencia de la vida".

Dije: "¿En serio?

¿No es así de simple?

Digo, hay vida.

¿No se puede aplicar una definición,

digamos, una definición como de la Suprema Corte de la -Vida-?"

Pensé un poco y dije:

"Bueno, ¿es realmente así de fácil?

Porque, sí, si ves algo como esto,

entonces, bien, lo llamaré vida...

sin duda.

Pero aquí hay algo".

Y él siguió: "Bien, eso es vida también. Lo sé".

Excepto, que si se piensa que la vida está definida

también por las cosas que mueren,

no tienes suerte con esto,

porque eso es de hecho un organismo muy extraño.

Crece hasta la etapa adulta

y luego pasa por una etapa de Benjamin Button,

y regresa y regresa

hasta que es como un embrión otra vez,

y entonces crece otra vez, regresa y crece, como un yo-yo,

y nunca muere.

Entonces es, de hecho, vida,

pero no lo es

como pensaríamos que sería la vida.

Y entonces ves algo como esto.

Él se quedó como: "Por Dios, ¿qué tipo de forma de vida es esa?"

¿Alguien sabe?

De hecho no es vida, es un cristal.

Así que una vez que comienzas a observar

cada vez más pequeñas...

Esta persona en particular

escribió un artículo entero y dijo: "Oye, esas son bacterias".

Pero, si no las ves de cerca,

ves, de hecho, que es demasiado pequeña para ser algo así.

Entonces quedó convencido,

pero, de hecho, la mayoría no lo está.

Y entonces, por supuesto,

la NASA también tenía un gran anuncio.

El Presidente Clinton dio una conferencia de prensa,

acerca de este descubrimiento increíble

de vida en un meteorito de Marte.

Hoy en día está en duda.

Si toman la lección de todas estas imágenes,

entonces se darán cuenta, bueno, tal vez no sea tan fácil.

Tal vez se necesita

una definición de -vida-

para poder hacer ese tipo de distinción.

Entonces, ¿se puede definir la vida?

Bueno ¿Cómo hacerlo?

Desde luego,

vamos a la Enciclopedia Britannica y abrimos en la V.

No, por supuesto que no hcemos eso; lo bucamos en Google.

Y encontramos algo.

Encontraríamos...

algo refereido a lo que estamos acostumbrados,

lo descartamos.

Podría aparecer algo como esto.

Dice algo complicado,

con muchos conceptos.

¿Quién podría escribir algo

tan enredado, complejo

y necio?

Oh, de hecho es una serie de conceptos muy, muy importantes.

Resalto sólo algunas palabras

y digo que definiciones como esta

no están basadas

en los aminoácidos o las hojas

ni en nada de lo que estemos acostumbrados,

sino solamente en procesos.

Y, si observan,

esto estaba en un libro que escribí que tiene que ver con vida artificial.

Y eso explica por qué

el gerente de la NASA estaba en mi oficina, para empezar.

Porque la idea era que, con conceptos como este,

tal vez podríamos hacer

una forma de vida.

Y entonces si se preguntan:

"¿Qué es la vida artificial?",

haré un resumen vertiginoso

de cómo es que salió todo esto.

Comienza hace algún tiempo

cuando alguien escribió

uno de los primeros virus informáticos exitosos.

Para quienes no son tan viejos,

no tienen idea de cómo funcionaba la infección...

es decir, a través de disquetes.

Lo interesante de estas infecciones informáticas

era que, si se observa la tasa

a la que funcionaba la infección,

muestran este comportamiento con puntos

similar al del virus de la gripe.

Y es debido a esta carrera armamentista

entre hackers y diseñadores de sistemas operativos

que la situación sube y baja.

El resultado es como un árbol de la vida

de estos virus,

una filogenia que se ve tal como

el tipo de vida a la que estamos acostumbrados, al menos en el nivel viral.

¿Eso es vida? No lo creo.

¿Por qué? Porque estas cosas no evolucionan por sí mismas.

De hecho, hay hackers que las escriben.

Pero la idea avanzó rápidamente

cuando un científico del Scientific Institute se preguntó:

"¿Por qué no intentamos empaquetar estos virus

en mundos artificiales dentro de una computadora

y los dejamos evolucionar?"

Fue Steen Rasmussen,

que diseñó este sistema, pero en realidad pero no funcionó

porque sus virus se destruían unos a otros constantemente.

Pero había otro científico observando, un ecólogo,

que se fue a casa diciendo: "Sé cómo arreglarlo".

Y escribió The Tierra System,

y, en mi libro, es de hecho uno de los primeros

sistemas vivientes realmente artificiales...

salvo por el hecho de que estos programas no aumentaban su complejidad.

Habiendo visto su trabajo y trabajado un poco en eso,

es cuando llego yo

y decido crear un sistema

con las propiedades necesarias

para ver la evolución de la complejidad,

problemas más complejos que evolucionan constantemente.

Y, desde luego, como no sé escribir código, me ayudaron.

Tenía dos estudiantes de pregrado

en el California Institute of Technology que trabajaban conmigo.

Eran Charles Offria a la izquierda, Titus Brown a la derecha.

Ahora son profesores respetables

en Michigan State University,

pero les puedo asegurar, en aquel entonces,

no éramos un equipo respetable.

Estoy feliz de que no haya ninguna foto

de nosotros tres juntos.

¿Cómo es este sistema?

Bueno, no puedo ahondar en los detalles,

pero aquí ven parte de sus entrañas.

Quiero centrarme

en este tipo de estructura poblacional.

Aquí hay unos 10.000 programas.

Las diferentes cepas tienen diferentes colores.

Como pueden ver, hay grupos que crecen sobre otros,

porque se están esparciendo.

Cuando hay un programa

que es mejor para sobrevivir en este mundo,

por alguna mutación adquirida,

se esparcirá sobre otros y los llevará a la extinción.

Les mostraré una película donde verán ese tipo de dinámica.

Estos experimentos comienzan

con programas que escribimos nosotros mismos.

Escribimos nuestros propios programas, los replicamos,

y nos sentimos orgullosos.

Los ponemos dentro, y lo que ven inmediatamente

es que hay olas y olas de innovación.

Por cierto, esto está altamente acelerado,

son como mil generaciones por segundo.

Pero inmediatamente el sistema dice:

"¡Qué código más tonto es este!

Se puede mejorar de muchas formas,

muy rápidamente".

Así que ven olas de nuevos tipos

que ocupan el lugar de otros tipos.

Esto continúa un rato,

hasta que los programas adquieren las cosas principales

y entonces se llega a una estabilidad

donde el sistema espera, en esencia,

un nuevo tipo de innovación, como este,

que se esparcirá

sobre las innovaciones anteriores

y borrará los genes que tenía antes,

hasta adquirir un mayor tipo de complejidad.

El proceso sigue y sigue.

Por eso vemos

que vive

de la forma en que estamos acostumbrados a la vida.

La gente de la NASA preguntó:

"Estos tipos,

¿tienen un biomarcador?

¿Podemos medir este tipo de vida?

Porque si podemos,

tal vez podamos descubrir vida en otro lugar

sin estar sesgados

por cosas como los aminoácidos".

Les dije: "Bueno, tal vez podríamos construir

un biomarcador

basado en la vida como un proceso universal.

De hecho, tal vez debería usar

los conceptos que desarrollé

para, de alguna forma, capturar

lo que serían sistemas vivientes simples".

Y propuse...

Tengo que presentar la idea primero,

quizá sería un detector de significado,

en vez de ser un detector de vida.

Y la forma en que lo hacemos...

Me gustaría saber distinguir

el texto escrito por un millón de monos,

del texto que está en los libros.

Y me gustaría hacerlo de forma tal

de no tener que leer el lenguaje

porque sé que no podré.

Sólo sé que hay algún tipo de alfabeto

y una gráfica de frecuencias

de la presencia de cada una

de las 26 letras del alfabeto

en un texto escrito por monos al azar.

Obviamente, cada una de las letras

resulta casi igual de frecuente.

Pero si vemos la misma distribución en un texto en inglés,

se parece a esto.

Es muy consistente en textos en inglés.

Y si vemos un texto en francés, se ve un poco distinto.

o en italiano, o en alemán.

Todos tienen su propia frecuencia de distribución de letras,

pero es robusto.

No importa si se escribe de política o ciencia.

no importa si es un poema

o un texto matemático.

Es una señal robusta,

y muy estable.

Mientras los libros estén escritos en inglés,

porque las personas los re-escriben y copian,

estará ahí.

Eso me inspiró a pensar,

bueno, qué tal si usamos esta idea

no para diferenciar textos al azar

de textos con significado,

sino para detectar que hay significado

en las biomoléculas que conforman la vida.

Primero tengo que preguntar:

¿cuáles son estos bloques de construcción, como el alfabeto?

Bueno, resulta, que tenemos diferentes alternativas

para estos bloques de construcción.

Podríamos usar aminoácidos,

podríamos usar ácidos nucleicos, ácidos carboxílicos, ácidos grasos.

La química es muy rica y nuestros cuerpos la usan mucho.

Para probar esta idea

primero observamos los aminoácidos y algunos ácidos carboxílicos.

Y he aquí el resultado.

Esto es lo que se obtiene

si, por ejemplo, vemos la distribución de aminoácidos

en un cometa o en el espacio interestelar

o, de hecho, en un laboratorio,

donde aseguramos que en la sopa primigenia

no haya nada viviente.

Principalmente encontramos glicina y alanina

y algunos elementos traza de otros (aminoácidos).

Eso también es muy robusto...

se encuentra en sistemas similares a la Tierra

en los que hay aminoácidos,

pero no hay vida.

Pero supongamos que escarbamos

en la tierra

y lo ponemos en estos espectómetros,

porque hay bacterias por todas partes;

o tomamos agua en cualquier lugar de la Tierra,

porque está repleta de vida,

y hacemos el mismo análisis;

el espectro se ve completamente diferente.

Desde luego, hay glicina y alanina todavía,

pero de hecho, son elementos pesados, aminoácidos pesados,

que se producen

porque son valiosos para el organismo.

Y algunos otros

que no se usan en el grupo de 20,

no aparecerán

en ningún tipo de concentración.

Así que esto resulta ser muy robusto.

No importa qué tipo de sedimento se muela,

ya sea bacteria o cualquier planta o animal.

Siempre que haya vida,

existirá esta distribución,

a diferencia de esta.

Y es detectable no sólo en aminoácidos.

Ahora podrían preguntarse:

¿Qué son los avidianos?

Los avidianos son los habitantes de este mundo computacional

donde se replican felizmente y aumentan su complejidad.

Esta es la distribución que se obtiene

si, de hecho, no hay vida".

Hay cerca de 28 instrucciones.

Y si tienen un sistema donde se reemplazan unas por otras

es como tener monos que escriben en un teclado.

Cada una de estas instrucciones aparece

con casi la misma frecuencia.

Pero si se toma un grupo de tipos replicantes

como en el video que vieron,

se ve así.

Hay instrucciones muy valiosas

para estos organismos,

y su frecuencia será alta.

Hay otras instrucciones

que se usan una sola vez, si acaso.

Así que o son venenosas

o deberían usarse poco menos que aleatoriamente.

En este caso, la frecuencia es baja.

Y ahora podemos ver, ¿es realmente una señal robusta?

Les puedo decir que sí lo es,

porque este tipo de espectro, tal como lo han visto en los libros,

y justo como lo vieron en los aminoácidos,

no importa cómo cambie el ambiente, es muy robusto;

reflejará el ambiente.

Les mostraré ahora un pequeño experimento que hicimos.

Tengo que explicarles,

la parte superior de esta gráfica

muestra la distribución de frecuencias de la que hablé.

Aquí, de hecho, es el ambiente sin vida

donde ocurre cada instrucción

con igual frecuencia.

Y aquí abajo, les muestro

la tasa de mutación en el ambiente.

Comienzo esto en una tasa de mutación que es tan alta

que, aún si tiramos

un programa replicante

que crecería felizmente en otras condiciones

hasta llenar todo el mundo,

si lo tiramos ahí, muta a muerte de inmediato.

Así que no hay posibilidad de vida

en ese tipo de tasa de mutación.

Pero entonces voy a bajar la temperatura, por así decirlo,

y está este umbral de viabilidad

donde ahora sería posible

que sobreviva un replicador.

Y, de hecho, echaremos a estos tipos

a esta sopa todo el tiempo.

Veamos cómo se ve.

Primero, nada, nada, nada.

Muy caliente, muy caliente.

Ahora alcanzan el umbral de viabilidad,

y la distribución de frecuencias

cambia drásticamente y, de hecho, se estabiliza.

Y ahora lo que hice

fue, estaba siendo grosero, subí la temperatura más y más.

Y por supuesto, alcanzó el umbral de viabilidad.

Se los mostraré de nuevo porque se ve bien.

Alcanzan el umbral de viabilidad.

La distribución cambia a "vivientes"

y entonces, ya que alcanzan el umbral

donde la tasa de mutación es tan alta

que no pueden auto-replicarse,

no pueden copiar la información

hacia sus descendientes

sin cometer tantos errores

que la habilidad de replicarse se desvanece.

Y entonces se pierde el marcador.

¿Qué aprendimos de esto?

Bueno, creo que aprendimos varias cosas.

Una de ellas es

que si somos capaces de pensar en la vida

en términos abstractos...

y no estamos hablando de cosas como las plantas;

y no estamos hablando de aminoácidos,

y no hablamos de bacterias,

sino que pensamos en términos de procesos...

entonces podemos empezar a pensar en la vida,

no como algo que es especial de la Tierra,

sino que podría existir en cualquier lugar.

Porque sólo tiene que ver

con este concepto de información,

de almacenar información

en sustratos físicos...

cualquier cosa: bits, ácidos nucleicos,

cualquier cosa que sea un alfabeto,

y asegurarse de que haya algún proceso

para almacenar información

por más tiempo del esperado

por las escalas de tiempo del deterioro de la información.

Y, si pueden hacerlo,

entonces tienen vida.

Así que lo primero que aprendimos

es que es posible definir la vida

sólo en términos de procesos,

sin referirnos para nada

al tipo de cosas que apreciamos,

como tipo de vida en la Tierra.

Y que de alguna forma nos quita del centro,

como todos nuestros descubrimientos científicos, o la mayoría,

-de este continuo destronamiento del hombre-

de pensar que somos especiales porque estamos vivos.

Bueno podemos hacer vida. Podemos hacer vida en una computadora.

Cierto, es limitada,

pero hemos aprendido lo que hace falta

para construirla realmente.

Y una vez que tenemos eso,

entonces ya no es tarea difícil

decir, si entendemos los procesos fundamentales

que no se refieren a ningún sustrato particular,

entonces podemos salir

e intentarlo en otros mundos;

deducir qué tipo de alfabeto químico podría haber ahí,

conocer bien la química normal,

la geoquímica del planeta,

para que sepamos cómo se ve esta distribución

en ausencia de vida,

y entonces buscar desviaciones más grandes a partir de ello;

esto que sobresale y dice:

"Este químico no debería estar ahí".

Ahora no sabemos que hay vida,

pero podríamos decir:

"Bueno, al menos veré con precisión este compuesto químico

y veré de dónde viene".

Y esa sería nuestra oportunidad

de descubrir vida en realidad

cuando no la podemos ver.

Y ese es el único mensaje para llevarse a casa

que tengo para Uds.

La vida puede ser menos misteriosa

de lo que imaginamos

cuando intentamos pensar cómo sería en otros planetas.

Y si quitamos el misterio de la vida

creo que es más fácil

pensar cómo vivimos

y que tal vez no somos tan especiales como siempre pensamos.

Los dejaré con eso.

Muchas gracias.

(Aplausos)