Encontrar vida que não conseguimos imaginar

Como é que procuramos vida alienígena se não se assemelha nada à vida que conhecemos? Na TEDxUIUC, Christoph Adami mostra como usa a sua pesquisa sobre vida artificial — programas de computador que se auto-replicam — para encontrar uma "bioassinatura", um "biomarcador", que esteja livre dos nossos preconceitos sobre o que é a vida.

Tenho uma carreira estranha.

Sei disso porque há pessoas
que me abordam,

colegas que me dizem:
"Chris, tens uma carreira estranha."

(Risos)

E percebo o que querem dizer,

porque comecei a minha carreira

como um físico nuclear teórico.

E andava a pensar sobre quarks e gluões

e colisões de iões pesados,

e tinha apenas 14 anos.

Não, não, não tinha 14 anos.

Mas depois disso,

na verdade tinha o meu próprio laboratório

no departamento
de neurociência computacional,

e não estava a fazer
nenhuma neurociência.

Mais tarde, trabalharia
em genética evolucionária,

e em biologia de sistemas.

Mas vou falar-vos sobre outra coisa, hoje.

Vou falar-vos

sobre como aprendi algo sobre a vida.

E eu era mesmo um cientista de foguetões.

Na verdade, não era
um cientista de foguetões

mas estava a trabalhar

no Jet Propulsion Laboratory

na solarenga California onde faz calor;

ao passo que agora estou no Midwest,

e faz frio.

Mas foi uma experiência entusiasmante.

Um dia um gestor da NASA
entra no meu escritório,

senta-se e diz:

"Pode dizer-nos por favor,

"como é que procuramos vida
fora da Terra?"

E isso foi uma surpresa para mim,

porque eu tinha sido contratado,
realmente,

para trabalhar em computação quântica.

No entanto,
eu tinha uma muito boa resposta.

Disse: "Não faço ideia."

E ele disse-me: "Bioassinaturas,

"precisamos de procurar
uma bioassinatura."

E eu disse: "O que é que é isso?"

E ele disse:
"É qualquer fenómeno mensurável

"que nos permita indicar

"a presença de vida."

E eu disse: "A sério?

"É que, isso é fácil, não é?

"Quer dizer, temos vida.

"Não podem aplicar uma definição,

"por exemplo, uma definição do tipo
das do Supremo Tribunal?"

E então pensei sobre isso
um bocado, e disse:

"Bem, é mesmo fácil, não?

"Porque, sim, se virem algo assim,

"então tudo bem, vamos chamar-lhe vida,

"não há dúvidas.

"Mas aqui está uma coisa."

E ele diz:
"Certo, isso também é vida. Eu sei.

"Excepto se pensares que a vida

"também se define por coisas que morrem,

"não vais ter sorte com esta coisa,

"porque, na verdade,
é um organismo muito estranho.

"Desenvolve-se
até à idade adulta dessa forma

"e depois passa por uma fase
Benjamin Button,

"e depois retrocede e retrocede

"até ser como um embrião de novo,

"e então desenvolve-se de novo,
e retrocede e desenvolve-se

"— como um ioiô —

"e nunca morre.

"Então, de facto é vida,

"mas, na realidade, não é
como nós pensávamos que a vida seria.

"E então vemos algo assim."

E ele: "Meu Deus,
que tipo de forma de vida é essa?"

Alguém sabe?

Na verdade, não é vida, é um cristal.

Então, assim que começamos a olhar

para coisas cada vez mais pequenas

— esta pessoa, em particular,

escreveu um artigo inteiro e disse:
"Ei, isto são bactérias."

Só que, se olharmos
um pouco mais de perto,

vemos que isto é pequeno demais
para ser algo assim.

Ele ficou convencido,

mas a maioria das pessoas não.

E depois, é claro,

a NASA fez também
um grande anúncio público,

e o Presidente Clinton
deu uma conferência de imprensa,

sobre esta descoberta espantosa

de vida num meteorito marciano.

Só que hoje em dia,
isto é amplamente disputado.

Se tirarmos a lição
de todas estas imagens,

então apercebemo-nos — bem, na verdade,
talvez não seja assim tão fácil.

Talvez eu precise mesmo

de uma definição de vida

para poder fazer aquele tipo de distinção.

Então, pode a vida ser definida?

Bem, como abordariam a questão?

Bem, é claro,

iriam à Enciclopédia Britânica,
até à letra V.

Não, claro que não fariam isso;
iriam antes ao Google.

E então talvez obtivessem algo.

E o que talvez obtivessem

— algo que realmente se referisse
a coisas a que estamos habituados,

descartávamos.

E depois talvez chegassem
a algo como isto.

E isto diz algo complicado

com montes e montes de conceitos.

Quem é que, à face da Terra,

escreveria algo tão retorcido e complexo

e inepto?

Oh, trata-se, na verdade, de um conjunto
de conceitos muito, muito importantes.

Por isso, ao realçar apenas
algumas palavras

e dizer que definições assim

dependem de coisas que não se baseiam

em aminoácidos ou folhas

ou qualquer coisa
a que estejamos habituados,

mas apenas em processos.

E se dermos uma olhadela,

isto estava num livro que escrevi
que lida com vida artificial

e que explica porque é que
aquele gestor da NASA

foi parar ao meu escritório.

Porque a ideia era que,
com conceitos destes,

talvez possamos, de facto, fabricar
uma forma de vida.

E se vocês se estão a perguntar:

"Mas o que é a vida artificial?",

deixem-me guiar-vos numa visita relâmpago

à história de como tudo isto aconteceu.

E tudo começou há algum tempo,

quando alguém escreveu

um dos primeiros vírus
de computador bem sucedidos.

E para aqueles de entre vocês
que não são suficientemente velhos,

que não têm ideia
de como esta infecção funcionava

— concretamente, através destas disquetes.

Mas o que é interessante nas infecções
destes vírus de computador

é que, se olharmos para a taxa

a que a infecção avançava,

aparece este comportamento com picos

a que estamos acostumados
num vírus da gripe.

E é devido a esta corrida ao armamento

entre "hackers" e "designers"
de sistemas operativos

que as coisas avançam e retrocedem.

E o resultado
é uma espécie de árvore da vida

destes vírus,

uma filogenia que se parece muito com

o tipo de vida a que estamos habituados,
pelos menos ao nível dos vírus.

Então, trata-se de vida?
Quanto a mim, não.

Porquê? Porque estas coisas
não evoluem por si mesmas.

Têm "hackers" a escrevê-las.

Mas a ideia foi rapidamente levada
um pouco mais longe

quando um cientista a trabalhar
no Instituto de Santa Fé decidiu:

"Porque não tentamos embalar
estes pequenos vírus

"em mundos artificiais
dentro do computador

"e os deixamos evoluir?"

Foi Steen Rasmussen.

E ele desenhou este sistema,
que não funcionou,

porque os vírus estavam constantemente
a destruir-se uns aos outros.

Mas houve outro cientista
que tinha estado a observar isto,

um ecologista.

E ele foi para casa e disse:
"Sei como resolver isto."

E escreveu o sistema Tierra,

e, no meu livro, é um dos primeiros

verdadeiros sistemas vivos artificiais

— excepto pelo facto que aqueles programas
não se desenvolveram em complexidade.

Então, tendo visto o seu trabalho,
e trabalhado um pouco nisto,

foi aqui que eu entrei.

E decidi criar um sistema

que tem todas as propriedades necessárias

para vermos a evolução da complexidade,

problemas cada vez mais complexos
constantemente evoluindo.

E claro, já que eu não sei escrever
em código, tive ajuda.

Tive dois estudantes universitários

do California Institute of Technology
a trabalhar comigo.

Este é o Charles Offria, à esquerda,
e o Titus Brown, à direita.

Agora são respeitáveis professores

na Michigan State University,

mas posso assegurar-vos de que,
naqueles tempos,

não éramos uma equipa respeitável.

E sinto-me muito feliz
que nenhuma foto sobreviva

dos três juntos, seja onde for.

Mas como é este sistema?

Bem, na verdade,
não posso entrar em detalhes,

mas o que vêem aqui
são algumas das entranhas.

Mas aquilo que queria focar

é este tipo de estrutura de população.

Estão aqui cerca de 10 000 programas.

E todas as diferentes estirpes
têm diferentes cores.

E como podem ver aqui, há grupos
a crescer em cima uns dos outros,

porque se estão a espalhar.

Sempre que um programa

é melhor a sobreviver neste mundo,

devido a alguma mutação
que tenha sofrido,

vai-se espalhar sobre os outros
e levá-los à extinção.

Então vou mostrar-vos um filme
onde vão ver esse tipo de dinâmica.

E este tipo de experiências são iniciadas

com programas que nós próprios escrevemos.

Escrevemos o nosso próprio material,

replicamo-lo, e temos muito orgulho
em nós próprios.

E pomo-los lá dentro,
e o que se vê imediatamente

é que há ondas e ondas de inovação.

A propósito, isto está muito acelerado,

por isso é como mil gerações por segundo.

Mas imediatamente o sistema fica, tipo:

"Que raio de pedaço de código
estúpido era aquele?

"Isto pode ser melhorado
de tantas maneiras

"tão depressa."

Então vêem-se ondas de novos tipos

dominando os outros tipos.

E este tipo de actividade
prolonga-se por bastante tempo,

até que as principais coisas mais fáceis
já foram adquiridas por estes programas.

E então vê-se uma espécie
de estase a acontecer

em que o sistema basicamente espera

por um novo tipo de inovação, como este,

que se irá espalhar

sobre todas as anteriores inovações

e irá apagar os genes
que havia anteriormente,

até que um novo tipo de nível mais elevado
de complexidade tenha sido alcançado.

E este processo continua
e continua e continua.

Então, o que vemos aqui

é um sistema que vive muito

da forma a que estamos habituados
a ver a vida.

Mas aquilo que o pessoal da NASA
me perguntou realmente foi:

"Estes tipos

"têm uma bioassinatura?

"Podemos medir este tipo de vida?

"Porque se pudermos,

"talvez tenhamos uma hipótese
de descobrirmos vida noutro lugar

"sem estarmos a ser parciais

"em coisas como os aminoácidos."

Então eu disse:
"Bem, talvez possamos construir

"uma bioassinatura

"baseada na vida
como um processo universal.

"De facto, talvez possa usar
os conceitos que eu desenvolvi

"para poder captar o que um sistema vivo
simples poderia ser."

E aquilo a que eu cheguei

— primeiro tenho de fazer
uma introdução sobre a ideia,

e depois talvez isso sirva como
um detector de significado,

em vez de um detector de vida.

E a forma de conseguirmos fazer isso

— gostaria de descobrir como distinguir

um texto que foi escrito
por um milhão de macacos,

do texto que está nos nossos livros.

E gostaria de o fazer de tal forma que

que não fosse realmente necessário
ler a linguagem,

porque tenho a certeza
que não ia ser capaz de o fazer.

Desde que saiba
que existe algum tipo de alfabeto.

Então, aqui estaria
um gráfico de frequência

de quão frequentemente se encontraria

cada uma das 26 letras do alfabeto

num texto escrito por macacos aleatórios.

E obviamente cada uma dessas letras

surge com uma frequência
aproximadamente igual.

Mas se agora olharmos para a mesma
distribuição em textos em inglês,

é este o gráfico.

E digo-vos, este resultado é bastante
consistente nos vários textos em inglês.

E se olhar para textos em francês,
tem um aspecto ligeiramente diferente,

ou em italiano, ou alemão.

Todas têm o seu próprio tipo
de frequência de distribuição,

mas é consistente.

Não importa se o texto
é sobre política ou ciência.

Não importa se é um poema

ou se é um texto matemático.

É uma assinatura consistente,

e é bastante estável.

Desde que os nossos livros
sejam escritos em inglês

— porque as pessoas
estão a reescrevê-los e a copiá-los —

estará lá.

Então, isso inspirou-me a pensar:

"E se eu tentar usar esta ideia

"não para detectar textos aleatórios,

"de textos com significado,

"mas antes detectar o facto
de que existe significado

"nas biomoléculas que constituem a vida?"

Mas primeiro tenho de perguntar:

O que são estes elementos constituintes,
como o alfabeto, que vos mostrei?

Bem, acontece que temos
muitas alternativas diferentes

para este conjunto
de elementos constituintes.

Podemos usar aminoácidos,

podemos usar ácidos nucleicos,
ácidos carboxílicos, ácidos gordos.

De facto, a química é extremamente rica,

e o nosso corpo usa
uma grande quantidade dela.

Então, para testar esta ideia,

primeiro fomos ver os aminoácidos
e alguns outros ácidos carboxílicos.

E aqui está o resultado.

Aqui está o que se obtém

se, por exemplo, se olharmos
para a distribuição dos aminoácidos

num cometa ou no espaço interestelar

ou, de facto, num laboratório,

em que nos assegurámos de que
na nossa sopa primordial

não existia lá nada vivo.

O que descobrimos
é sobretudo glicina e depois alanina

e existem alguns vestígios
de outros elementos.

Isto é também muito consistente

— o que se encontra em sistemas
como a Terra,

onde existem aminoácidos,

mas não existe vida.

Mas imaginem que pegam
num pouco de terra

e escavam através dela

e depois colocam estes espectrómetros,

porque há bactérias por toda a parte;

ou que recolhem água
em qualquer lugar na Terra,

porque está a fervilhar de vida,

e fazem a mesma análise;

o espectro parece completamente diferente.

Claro, há na mesma glicina e alanina,

mas estes são elementos pesados,

aminoácidos pesados
que estão a ser produzidos

porque são valiosos para o organismo.

E alguns outros

que não são usados no conjunto de 20,

não aparecerão de todo

em nenhum tipo de concentração.

Isto também se revela
extremamente consistente.

Não importa que tipo de sedimento
se usa para raspar,

sejam bactérias
ou quaisquer plantas ou animais.

Onde quer que haja vida,

iremos ter esta distribuição,

por oposição àquela distribuição.

E é detectável não apenas em aminoácidos.

Agora podem perguntar:

E quanto aos Avidianos?

Os Avidianos são os habitantes
deste mundo de computador

onde são felizes replicando-se
e desenvolvendo-se em complexidade.

Então esta é a distribuição que se obtém

se, de facto, não houver vida.

Eles têm cerca de 28 destas instruções.

E se tivermos um sistema em que
eles são substituídos uns pelos outros,

é como os macacos a escrever
numa máquina de escrever.

Cada uma destas instruções surge

com frequência aproximadamente igual.

Mas se agora tomarmos um conjunto
de tipos em replicação

como no vídeo que viram,

tem este aspecto.

Então aqui estão algumas instruções

que são extremamente valiosas
para estes organismos,

e a sua frequência vai ser alta.

E há na verdade algumas instruções

que apenas se usa uma vez, ou nem isso.

As instruções ou são venenosas

ou devem realmente ser usadas
a menos de um nível abaixo de aleatório.

Neste caso, a frequência é mais baixa.

E agora podemos ver, é esta realmente
uma assinatura consistente?

Posso dizer-vos que, na verdade, é,

porque neste tipo de espectro,
tal como o que viram nos livros,

e tal como o que viram nos aminoácidos,

não importa como se muda o meio ambiente,
é muito consistente;

vai reflectir o meio ambiente.

Vou então mostrar-vos agora
uma pequena experiência que fizemos.

E tenho de vos explicar,

a parte de cima deste gráfico

mostra aquela distribuição
da frequência de que falei.

Aqui, de facto,
trata-se do meio ambiente sem vida

em que cada instrução ocorre

com frequências iguais.

E aqui em baixo, mostro a taxa
de mutação no meio ambiente.

E começo por uma taxa de mutação tão alta

que, mesmo que introduzíssemos

um programa de replicação

que de outra forma
se desenvolveria alegremente

até preencher o mundo inteiro,

se o introduzíssemos, sofreria uma mutação
e morreria imediatamente.

Então, não há vida possível

a este nível de taxa de mutação.

Mas agora vou lentamente descer
a temperatura, por assim dizer,

e então há este limiar de viabilidade

em que agora seria possível

a um replicador realmente viver.

E iremos introduzir estes tipos

naquela sopa a toda a hora.

Então vamos ver qual o aspecto disso.

Primeiro, nada, nada, nada.

Muito quente, muito quente.

Agora o limiar de viabilidade é atingido,

e a distribuição da frequência

mudou dramaticamente e estabiliza.

E agora o que eu fiz foi,

estava a ser mauzinho, voltei a aumentar
a temperatura uma e outra vez.

E claro, atinge o limiar da viabilidade.

E estou a mostrar-vos isto de novo
porque é tão lindo.

Acerta-se no limiar da viabilidade.

A distribuição muda para "vivo!"

E então, assim que se acerta no limiar

em que a taxa de mutação é tão alta

que não é possível a auto-reprodução,

não se pode copiar a informação

e passá-la à descendência

sem fazer tantos erros que

a capacidade de replicar-se desaparece.

E então a assinatura perde-se.

O que aprendemos com isto?

Bem, penso que aprendemos
várias coisas com isto.

Uma delas é que,

se somos capazes de pensar sobre a vida

em termos abstractos

— e não estamos a falar de coisas
como as plantas,

e não estamos a falar de aminoácidos,

e não estamos a falar de bactérias,

mas pensamos em termos de processos —

então poderemos começar a pensar
sobre a vida,

não algo assim tão especial como na Terra,

mas algo que poderá existir
em qualquer lado.

Porque realmente tem a ver, apenas,

com estes conceitos de informação,

de armazenamento de informação

no interior de substratos

— qualquer coisa: "bits",
ácidos nucleicos,

qualquer coisa que seja um alfabeto —

e o assegurar
de que há algum tipo de processo

para que esta informação
possa ser armazenada

por muito mais tempo
do que poderíamos esperar

que fossem as escalas de tempo
para a deterioração da informação.

E se o conseguirmos fazer,

então temos vida.

Então a primeira coisa que aprendemos

é que é possível definir vida

exclusivamente em termos de processos,

sem fazer qualquer referência

ao tipo de coisas que nos são caras,

no que toca ao tipo de vida na Terra.

E isto, de certo modo, retira-nos de novo,

como todas as nossas descobertas
científicas, ou muitas delas

— é este contínuo destronamento do homem —

de como pensamos que somos especiais
porque estamos vivos.

Bem, conseguimos criar vida.
Conseguimos criar vida no computador.

Concedo, é limitada,

mas aprendemos o que é preciso

para realmente construí-la.

E assim que temos isso,

então deixa de ser uma tarefa
tão difícil

dizer se compreendermos
os processos fundamentais

que não se referem a nenhum
substrato em particular,

então podemos ir

e tentar outros mundos,

descobrir que tipo de alfabetos
químicos lá estarão,

descobrir o suficiente
sobre a química normal,

a geoquímica do planeta,

para que saibamos
como é que esta distribuição seria

na ausência de vida,

e então procurar
por grandes desvios a isso

— isto aqui a sobressair, que diz:

"Este químico não devia mesmo estar aqui."

Bem, não sabemos que há vida então,

mas poderíamos dizer:

"Bem, ao menos vou ter de olhar
com muita precisão para este químico,

"para ver de onde ele vem."

E essa talvez seja a nossa hipótese

de realmente descobrir vida

quando não a podemos observar
visivelmente.

E então essa é realmente a única mensagem
para levarem para casa

que tenho para vós.

A vida pode ser menos misteriosa

do que aquilo que fazemos dela

quando tentamos pensar
como seria noutros planetas.

E se removermos o mistério da vida,

então penso que é um pouco mais fácil

para nós pensar acerca de como vivemos,

e como talvez não sejamos tão especiais
como sempre pensámos que somos.

E vou deixar-vos com isto.

E muito obrigado.

(Aplausos)