Trovare forme di vita che non immaginiamo

Come cercare vita aliena se non è minimamente simile alla vita che conosciamo? A TEDxUIUC Christoph Adami mostra come usa le sue ricerche sulla vita artificiale -- programmi auto-replicanti -- per cercare una firma, un "marcatore biologicio", che sia libero dai nostro preconcetti su cosa sia la vita

Dunque, io ho una carriera strana.

Lo so perché la gente viene da me, tipo i colleghi,

e dice "Chris, tu hai una carriera strana."

(Risate)

E capisco il loro punto

perché ho iniziato la mia carriera

come fisico nucleare teorico.

Pensavo a quarks, gluoni

e collisioni di metalli pesanti,

e avevo solo 14 anni.

No, no, non avevo 14 anni.

Ma successivamente,

in effetti ho avuto il mio laboratorio

nel dipartimento di neuroscienze computazionali

e certamente non facevo neuroscienza.

Più tardi, avrei lavorato sulla genetica evolutiva,

e avrei lavorato sulla biologia dei sistemi.

Ma oggi sto per raccontarvi qualcos'altro.

Sto per raccontarvi

come ho imparato qualcosa sulla vita.

[La vita, ma non come la consociamo] Ero uno ingegnere aerospaziale.

Non ero proprio un ingegnere aerospaziale,

ma lavoravo

al Jet Propulsion Laboratory

nell'assolata California, dove fa caldo;

mentre ora sono nel mid-West,

e fa freddo.

Ma è stata un'esperienza appassionante.

Un giorno un manager della NASA entra nel mio ufficio,

si siede e mi chiede

"Per favore, ci puoi dire

come cercare vita fuori dalla Terra?"

E fu una vera sorpresa per me,

perché in effetti ero stato assunto

per lavorare sul calcolo quantistico.

Però, diedi un'ottima risposta.

Dissi: "Non ne ho idea".

E mi disse "Firme Biologiche,

dobbiamo cercare firme biologiche".

E io dissi "Cosa sono?"

E lui disse "È qualsiasi fenomeno misurabile

che ci permette di indicare

la presenza di vita".

E io dissi "Veramente?

Non è troppo facile?

Voglio dire, noi abbiamo la vita.

Non potete applicare una definizione

come ad esempio, una definizione di vita stile Corte Suprema?" [La riconosco quando la vedo]

E allora ci ho riflettuto un po', e ho detto

"Bene, è veramente così facile?

Perché, sì, se vedete qualcosa come questo,

allora certo, bene, la chiamerò vita --

nessun dubbio.

Ma ecco un'altra cosa".

E prosegue "Bene, anche questa è vita. Lo so".

Eccetto che, se pensate che la vita si definisca anche

con le cose che muoiono

su questa cosa non sei stato fortunato,

perché in realtà è un organismo molto strano.

Cresce fino allo stadio adulto come questo

e poi attraversa una fase alla Benjamin Button,

e in effetti torna indietro e indietro

finché diventa di nuovo un embrione,

e poi cresce di nuovo, e avanti e indietro -- una specie di yo-yo --

e non muore mai.

Quindi in effetti è vita,

ma in realtà non è

la vita come pensavamo che fosse.

E poi vedete qualcosa come questa.

E dite " Mio Dio, che forma di vita è questa?"

Nessuno lo sa?

In effetti non è vita, è un cristallo.

Quindi una volta che iniziate a osservare e osservare

cose sempre più piccole --

questa persona in particolare

ha scritto un intero articolo per dire "Ehi, questi sono batteri".

Però, se guardate più da vicino,

vedete, in effetti, che questa cosa è troppo piccola per essere niente di tutto ciò.

Quindi lui era convinto,

ma, in effetti, la maggioranza non lo era.

E poi, ovviamente,

la NASA fece un grande annuncio,

e il Presidente Clinton tenne una conferenza stampa,

su questa scoperta incredibile

della presenza di vita su un meteorite marziano.

Salvo che oggi, è pesantemente in dubbio.

Se avete imparato da tutte queste foto,

allora vi renderete conto che in realtà non è così facile.

Forse ho davvero bisogno

di una definizione di vita

per poter fare questo tipo di distinzione.

Quindi la vita può essere definita?

Voi come fareste?

Beh certo,

andreste sull'Enciclopedia Britannica alla lettera V.

No, certo non fareste così: lo cerchereste su Google.

E potreste trovare qualcosa.

E quello che potreste ottenere --

e qualsiasi cosa si riferisca alla cose cui siamo abituati,

le gettate via.

Poi potreste trovare una cosa come questa.

Dice qualcosa di complicato

con tantissimi concetti.

Chi diavolo scriverebbe una cosa

così contorta, complessa

e vaga?

Oh, in effetti è una serie di concetti molto importanti.

Allora evidenzio solo qualche parola

e dico che definizioni come questa

dipendono da cose che non sono basate

su aminoacidi o foglie

o niente cui siamo abituati,

ma di fatto solo su processi.

E se date un'occhiata,

questa è in realtà in un libro che ho scritto sulla vita artificiale.

E questo spiega perché

quel dirigente della Nasa era nel mio ufficio, tanto per cominciare.

Perché l'idea era che, con concetti come questi,

magari potremmo fabbricare

una forma di vita.

E se vi chiedeste

"Che diavolo è la vita artificiale?",

vi faccio fare un giro veloce

di come questa cosa è venuta fuori.

È iniziato tutto un po' di tempo fa

quando qualcuno in Nuova Zelanda ha scritto

uno dei primi virus per computer di successo.

E per quelli di voi che non sono abbastanza grandi,

che non hanno idea di come l'infezione funzionava --

per essere precisi, tramite questi floppy disk.

Ma la cosa interessante di queste infezioni da virus informatici

era che, se guardate la velocità

con cui l'infezione si propagava,

mostra questo comportamento a picchi

a cui siamo abituati nei virus influenzali.

In effetti si deve a questa guerra agli armamenti

tra hackers e creatori di sistemi operativi

il fatto che le cose vadano avanti e indietro.

E il risultato è questa sorta di albero della vita

di questi virus,

una filogenesi che somiglia molto

al tipo di vita cui siamo abituati, almeno a livello virale.

È dunque vita questa? Non per quanto mi riguarda.

Perché? Perché queste cose non evolvono da sole.

Di fatto, ci sono hacker che li scrivono.

Ma l'idea è stata spinta oltre molto rapidamente

quando uno scienziato del Santa Fe Insitute decise

"Perchè non proviamo a impacchettare questi virus

in mondi artificiali all'interno di un computer

e li lasciamo evolvere?"

Questo era Steen Rasmussen.

E ha progettato questo sistema, ma non funzionava proprio,

perché i suoi virus continuavano a distruggersi l'un l'altro.

Ma c'era un'altro scienziato che seguiva tutto ciò, un ecologista.

Tornò a casa dicendo "So come sistemarla".

E scrisse il Tierra System,

che, nel mio libro, è in effetti uno dei primi

sistemi viventi davvero artificiali --

se non fosse che questi programmi non crescevano realmente in complessità.

A quel punto, dopo averlo visto funzionare, averci lavorato un po',

sono arrivato io.

E ho deciso di creare un sistema

che abbia tutte le proprietà necessarie

per osservare l'evoluzione della complessità,

problemi sempre più complessi che si evolvono.

Naturalmente, dato che non so realmente scrivere codice, mi hanno aiutato.

Avevo due studenti

al Califorina Institute of Technology che lavoravano con me.

A sinistra Charles Offria, a destra Titus Brown.

In realtà ora sono due rispettabili professori

alla Michigan State University,

ma vi posso assicurare che, a quell'epoca,

non eravamo un gruppo rispettabile.

E sono felice che non sopravviva da nessuna parte

alcuna foto di noi tre insieme.

Ma che aspetto ha questo sistema?

Beh, non posso andare proprio del dettaglio,

ma qui potete vedere le sue viscere.

Ma quello su cui voglio concentrarmi

è questo tipo di struttura della popolazione.

Ci sono circa 10.000 programmi seduti qui.

Ogni varietà viene identificata da un colore diverso.

E vedete qui, ci sono gruppi che crescono l'uno sull'altro,

perché si estendono.

Ogni volta che c'è un programma

migliore nel sopravvivere in questo mondo,

dovuto a qualunque mutazione abbia acquisito,

si espanderà sugli altri e porterà gli altri all'estinzione.

Vi mostrerò un filmato dove vedrete questo tipo di dinamica.

Questo tipo di esperimenti ha inizio

con programmi che abbiamo scritto noi.

Ce li scriviamo noi, li replichiamo,

e ne siamo orgogliosi.

Li mettiamo dentro, e quello che vedete immediatamente

è che ci sono onde e onde di innovazione.

A proposito, questo è molto accellerato,

si tratta quindi di un migliaio di generazioni al secondo.

Immediatamente il sistema si chiede

"Che pezzo di strano codice è questo?

Si può migliorare in così tanti modi

così rapidamente".

Vedete quindi ondate di nuovi tipi

che prendono il sopravvento sugli altri.

Questo tipo di attività prosegue per un po',

finché le cose essenziali vengono acquisite da questi programmi.

E poi sopraggiunge una specie di stasi

dove il sistema sostanzialmente aspetta

un nuovo tipo di innovazione, come questa,

che si diffonde

su tutte le altre innovazioni di prima

e cancella i geni che aveva prima,

finché si ottiene un nuovo tipo di complessità più elevata.

E questo processo continua ad andare avanti.

Quello che vediamo qui

è un sistema che vive

nel modo in cui siamo abituati a vedere la vita.

Ma quello che i ragazzi della NASA mi avevano chiesto in realtà

era "Questi ragazzi

hanno un firma bilogica?

Possiamo misurare questo tipo di vita?

Perché se possiamo,

forse abbiamo la possibilità di scoprire la vita da qualche altra parte

senza essere prevenuti

da cose come gli aminoacidi".

Ho quindi detto "Bene, forse dovremmo costruire

una firma biologica

basata sulla vita come processo universale.

In realtà, forse dovrebbe fare uso

dei concetti che ho sviluppato

solo allo scopo di catturare

quello che potrebbe essere un semplice sistema vivente".

E quello che ho tirato fuori --

prima devo introdurvi un po' l'idea,

e forse sarebbe un rilevatore di senso,

più che un rilevatore di vita.

E il modo in cui farlo --

vorrei scoprire come possiamo distinguere

testo scritto da un milione di scimmie,

rispetto al testo che è nei nostri libri.

E vorrei farlo in modo che

io non debba essere in grado di leggere la lingua,

perché sono sicuro che non sarei in grado.

L'importante è che io sappia che c'è un alfabeto.

Ecco qui un grafico sulla frequenza

in cui trovate

ognuna delle 26 lettere dell'alfabeto

in un testo scritto a caso da scimmie.

E ovviamente ognuna di queste lettere

compare più o meno con la stessa frequenza.

Ma se osservate la stessa distribuzione nei testi inglesi,

assomiglia a questo.

E vi assicuro, è accertato nei testi inglesi.

E se guardo i testi francesi c'è qualche differenza,

o quelli italiani o tedeschi.

Hanno tutti la loro distribuzione di frequenza,

ma è accertato.

Non importa se si scrive di politica o di scienza.

Non importa che sia un poema

o un testo matematico.

È un'impronta forte,

ed è molto stabile.

Finché i nostri libri sono scritti in inglese --

perché la gente li riscrive e li ricopia --

ci troveremo questo.

Questo mi ha spinto a pensare

di utilizzare questa idea

allo scopo non di distinguere testi casuali

da testi con un significato,

ma piuttosto a identificare un significato

nelle biomolecole che formano la vita.

Ma prima devo chiedere:

quali sono i mattoni, come l'alfabeto, gli elementi che vi ho mostrato?

Salta fuori che ci sono diverse alternative

per una tale serie di mattoni.

Potremmo usare gli aminoacidi,

potremmo usare gli acidi nucleici, gli acidi carbossilici, gli acidi grassi.

In effetti la chimica è estremamente ricca, e il nostro corpo ne usa molti.

Quindi, per verificare questa idea,

prima ho osservato gli aminoacidi e qualche altro acido carbossilico.

Ed ecco il risultato.

Ecco qui, di fatto, quello che si ottiene

se per esempio guardate la distribuzione degli aminoacidi

su una cometa o nello spazio interstellare

o, di fatto, in un laboratorio

dove prima ci si è assicurati che nel brodo primordiale

non ci sia nessuna forma di vita.

Quello che trovate è principalmente glicine e poi alanina

e ci sono tracce di alcuni degli altri elementi.

Anche questo è accertato --

quello che trovate in sistemi come la Terra

dove ci sono aminoacidi,

ma non c'è vita.

Ma supponete di prendere della terra

e scavarci dentro

e poi metterla in questi spettrometri,

perché ci sono batteri ovunque;

o prendete dell'acqua in qualsiasi parte della Terra,

perché va di pari passo con la vita,

e fate la stessa analisi;

lo spettro appare completamente diverso.

Certo, ci sono sempre glicine e alanina,

ma di fatto, ci sono questi elementi pesanti, questi pesanti aminoacidi,

che vengono prodotti

perché sono importanti per l'organismo.

E altri ancora,

tra i 20, che non vengono usati,

che non appariranno per niente,

in nessuna concentrazione.

Quindi anche questo si rivela essere accertato.

Non importa che tipo di sedimento usate per sminuzzare,

che siano batteri o qualunque altra pianta o animale.

Ovunque ci sia vita,

otterrete questa distribuzione,

invece di quella distribuzione.

Ed è rilevabile non solo negli aminoacidi.

Potreste chiedervi:

bene, e questi Avidian?

Gli Avidian sono i cittadini di questo mondo informatico

dove sono assolutamente felici replicandosi e crescendo in complessità.

Questa è la distribuzione che ottenete

se, di fatto, non c'è vita.

Hanno circa 28 di queste istruzioni.

E se avete un sistema dove gli uni sostituiscono gli altri,

è come avere delle scimmie che scrivono con una macchina da scrivere.

Ognuna di queste istruzioni compare

con pressapoco la stessa frequenza.

Ma se prendete una serie di cose che si replicano

come nel video che avete visto,

assomiglia a questo.

Ci sono alcune istruzioni

che sono molto importanti per questi organismi,

e la loro frequenza sarà molto alta.

E ci sono in realtà alcune istruzioni

usate una volta sola, se è tanto.

Quindi o sono velenose

o dovrebbero veramente essere usate solo casualmente o meno.

In questo caso, la frequenza è più bassa.

Quindi ora possiamo controllare, questa è una firma accertata?

Posso dirvi con certezza che lo è,

perché questo tipo di spettro, così come avete visto nei libri,

e così come avete visto negli aminoacidi,

non importa più come cambiate l'ambiente, è accertato;

rifletterà l'ambiente circostante.

Ora vi farò vedere un piccolo esperimento che abbiamo fatto.

Devo spiegarvi un po',

la parte alta di questo grafico

mostra quella distribuzione di frequenza di cui vi ho parlato.

Ora, in effetti, è l'ambiente privo di vita

dove ogni istruzione si verifica

con uguale frequenza.

E lì sotto mostro, in effetti,

il tasso di mutazione dell'ambiente.

Inizio ad un tasso di mutazione che è talmente alto

che, anche se inserite

un programma che si replica

che continuerebbe a crescere felicemente

fino a riempire il mondo intero,

se lo inserite, muterà fino alla morte immediatamente.

Non c'è possibilità di vita

a quel tasso di mutazione.

Ma poi abbasserò il riscaldamento, per così dire,

e c'è questa soglia di vitalità

dove ora per un replicatore

è possibile vivere.

E davvero, inseriremo continuamente questi

nel brodo.

Vediamo a cosa assomiglia.

Prima, niente, niente, niente.

Troppo caldo, troppo caldo.

Ora la soglia di vitalità viene raggiunta,

e la distribuzione di frequenza

è cambiata radicalmente, di fatto si stabilizza.

Quello che ho fatto qui, ora,

sono stato un po' cattivo, ho alzato il riscaldamento ancora e ancora.

E ovviamente si raggiunge la soglia di vitalità.

Ve lo mostro ancora perché è così bello.

Raggiungete la soglia di vitalità.

La distribuzione diventa "vivo!"

E poi, una volta che avete raggiunto la soglia

dove il tasso di mutazione è così alto

che non potete auto-riprodurvi,

non potetre trasmettere le informazioni

alla vostra prole

senza fare tanti errori

tali per cui la vostra abilità nel replicarvi svanisce.

E poi la firma si perde.

Cosa impariamo da questo?

Credo che impariamo un certo numero di cose.

Una di queste,

se siamo capaci di pensare alla vita

in termini astratti --

e non stiamo parlando di cose come le piante,

e non stiamo parlando di aminoacidi,

e non stiamo parlando di batteri,

ma pensiamo in termini di processi --

poi potremo pensare alla vita,

non a qualcosa di così speciale sulla terra,

ma che, di fatto, potrebbe esistere ovunque.

Perché ha veramente a che fare

con quei concetti di informazione,

di immagazzinamento dell'informazione

all'interno dei substrati fisici --

qualunque cosa: bit, acidi nucleici,

qualunque cosa assomigli a un alfabeto --

e assicuratevi che ci sia un qualche processo

così che l'informazione possa essere immagazzinata

più a lungo di quanto possiate aspettarvi

che sia necessario per il deterioramento delle informazioni.

E se riuscite a farlo,

allora ottenete la vita.

Quindi la prima cosa che si impara

è che è possibile definire la vita

in termini di soli processi,

senza fare per niente riferimento

al tipo di cose a cui siamo legati,

come il tipo di vita che c'è sulla Terra.

E questo in un certo senso ci allontana ancora una volta,

come per tutte le scoperte scientifiche, o molte di loro --

è questo continuo detronizzare l'essere umano --

per cui pensiamo di essere speciali perché siamo vivi.

Possiamo creare la vita. Possiamo creare la vita in un computer.

Ve lo concedo, è limitato,

ma abbiamo imparato quello che ci vuole

per costruirla realmente.

E una volta che abbiamo questo,

non è più un compito così difficile

dire, se capiamo i processi fondamentali

che non si riferiscono a nessun substrato particolare,

allora possiamo andare lontano

e provare altri mondi,

scoprire che tipo di alfabeto chimico ci potrebbe essere,

scoprire abbastanza della chimica classica,

la geochimica del pianeta,

così da sapere a cosa assomiglia questa distribuzione

in assenza di vta,

e cercarne ampie deviazioni --

questa cosa che spicca, che dice

"Questa sostanza chimica non dovrebbe proprio esserci".

A quel punto ancora non sappiamo che c'è vita,

ma potremmo dire,

"Bene, come minimo dovrò dare un'occhiata molto attenta a questa sostanza chimica

e vedere da dove viene".

E potrebbe essere la nostra opportunità

di scoprire realmente la vita

dove non possiamo vederla fisicamente.

Questo è veramente il messaggio da portarvi a casa

che ho per voi.

La vita può essere meno misteriosa

di quanto pensiamo

quando cerchiamo di pensare a come potrebbe essere su altri pianeti.

E se togliamo il mistero della vita,

credo che sia un po' più facile

pensare a come viviamo,

e come forse non siamo così speciali come pensiamo.

Vi lascerò con questo.

E grazie molte.

(Applausi)