Százbájtos élőlények

A biológia az élet tudományos vizsgálata. A gyakorlatban azonban csak a szénalapú földi létet tudja tanulmányozni, hiszen másfajta élettel az emberiség eddig még nem találkozott. Egyetlen példából pedig nehéz általános következtetéseket levonni. Nem könnyí elkülöníteni az élet univerzális jellemzőit a kizárólag a földi életre érvényes közös genetikai örökség jellemzőitől. Mivel nem valószíní, hogy a közeljövőben földönkívülieket tanulmányozhatunk, az egyetlen lehetőség, hogy magunk hozunk létre alternatív létformákat. Ez lenne a mesterséges élet, amelyet nem a természet, hanem az ember alkotott.

Másfajta létformák
Az új tudományág az élet tanulmányozásához számítógépen kísérli meg reprodukálni a biológiai jelenségeket. &Iacutegy a biológusok elméleti síkon is jobban megérthetik az élet jelenségeit. A biológiai elvek számítógépes alkalmazása azonban más területeken is alkalmazható, például a kémiában, a repülőgép tervezésben, az írrepülésben, a gyógyászatban, a nanotechnológiában, a gyártásban stb. A mesterséges élet vizsgálatával nem csak arra jöhetünk rá, hogy milyen a földi élet, hanem arra is, hogy milyen lehetne még egyáltalán az élet.

Az élet tudományos definíciója ma sem végleges. Az egyik megfogalmazás szerint azokat az egyedeket tekinthetjük élőknek, amelyek képesek szaporodni és alkalmazkodni a környezetükhöz, képesek önálló cselekedetekre, olyanokra, amelyeket nem közvetlen külső hatások irányítanak. A szénalapú földi élet sokfélesége a természetes kiválasztódás folyamatának eredménye, a természetes szelekció azonban minden bizonnyal nem az egyetlen módja az élet kialakulásának. Legalábbis elméletileg, az evolúció nem korlátozódik a Földre; ahogy az élet feltehetőleg más bolygókon, úgy más médiumokban, például a számítógépekben is megjelenhet. Ezekben a közegekben az evolúció egészen másképp alakulhat, mint a Földön. Sajnos, eddig nem találkoztunk idegen létformákkal, ezért csak találgatni tudjuk, milyen élet lehetséges még. Korábban az a nézet uralkodott, hogy kizárólag a természet tudja alkalmazni az élet szabályait. A mesterséges élet beköszöntével azonban ma már az életjelenségek attól elszigetelten is létrehozhatók és megfigyelhetők.

A mesterséges élet lényege, hogy a környezetet az ember hozza létre egy számítógépen. Az élet szabályai egyszeríen alkalmazhatók a természeten kívül is: magunk is alkothatunk olyan szabályokat, amelyeket a mesterséges lényeknek követniük kell. Ha ezek a lények képesek lesznek a szaporodásra és mutációra, akkor evolválódni is fognak, azaz újféle, várhatólag életképesebb egyedek jönnek létre. De számíthatunk egyéb életszerí jelenségekre is, például arra, hogy egyes „fajok” kihalnak vagy éppen „természetes” egyensúly áll be a mesterséges környezetben.

Neumann sejtautomatái
A mesterséges élet atyja Neumann János, a híres magyar matematikus. &#336 találta fel a sejtautomatát, egy olyan rendszert, amelyben a szomszédjukkal interakcióban lévő „sejtek”, egyszerí szabályok alkalmazásával, életszerí mintákat eredményeznek. Egy sejt a szomszédos sejtektől kapott információk alapján reagál: megváltoztatja állapotát és/vagy kiküldi a saját információját. A természetben a sejtek hasonlóképpen viselkednek: az evolúciót valójában a sejtről sejtre történő információátadás eredményezi. Minden sejt DNS-e afféle utasításkészletként funkcionál. Igaz, a sejtautomaták sokkal egyszeríbbek a DNS-nél, mégis képesek utánozni a biológiai rendszereket. Az összetettebb sejtautomatákban a sejtek versengenek vagy együttmíködnek egymással, akárcsak a természetben.

A mesterséges élet fogalmát John Conway matematikus vezette be a köztudatba a 70-es években. Neumann sejtautomatáit tanulmányozva, megalkotta a híres Élet játékot (Conway’s Life). A játék egy sejtautomata, amelynek segítségével sejtek hálózatát lehet létrehozni. Ebben a kétdimenziós hálóban minden egyes cellának két állapota lehet: bekapcsolt és kikapcsolt. A cellákat egyszerí szabályok irányítják: HAL&AacuteL: Egy bekapcsolt cella kikapcsolt lesz, ha 0, 1, 4 vagy több bekapcsolt cella veszi körül. SZ&UumlLETÉS: Egy kikapcsolt cella bekapcsolt állapotba kerül, ha pontosan 3 bekapcsolt cella veszi körül. Az összes többi cella állapota változatlan marad.Akár 5-6 bekapcsolt cellából rendkívül változatos viselkedésminták alakulhatnak ki. Ahogy a program fut, generációról generációra furcsa, szabályszerí mozgást észlelhetünk. A sejtcsoportok meghalnak, megfagynak, pulzálnak, sokszorozódnak, úsznak, vagy rendkívül bonyolult módon viselkednek. A „sárkányrepülő” alakzat, amely egy komplexebb formációban előbb-utóbb magától is kialakul, például egyenletes, egyirányú mozgást végez a hálózatban, de vannak ennél sokkal összetettebb formációk is. A játékosok, némi tanulmányozás után, feltalálták a sárkányrepülő-puskát is, amely meghatározott időközönként sárkányrepülőket lövell ki magából.

A sejtautomaták a mesterséges élet részének tekinthetők, ugyanakkor túlmutatnak azon. A számítógépes grafikában például sejtautomatákkal oldották meg a vízesés, a robbanások, a tömegmozgás megjelenítését, általában úgy, hogy a sejt az anyag (víz, füst stb.) egy részecskéjét jelképezi. A sejtautomaták jó szolgálatot nyújtanak az erdőtüzek szimulációjában is. A kutatók előre megadják a lehetséges talajtípusokat, valamint a tíz elharapódzásának a szabályait, majd a szimuláció elindítása után hamarosan megjelennek a tíz terjedésének mintázatai.

Életre kelt szimulációk
A mesterséges élet a sejtautomatáknál komplexebb létformákat is képes előállítani. A természetes viselkedést a Boids neví szoftver mutatta be 1986-ban. A program állatsereg mozgását utánozta egy háromdimenziós környezetben, rendkívül egyszerí szabályok alkalmazásával. A három szabály: Ne kerülj túl közel a szomszédodhoz, kövesd a raj haladási irányát és maradj a szomszédod közelében. A lények ezután hitelesen mutatták be egy madár- vagy halraj mozgását. A program elméleti alapjait azóta sok filmes animációban alkalmazták, például az Oroszlánkirály csordajelenetében, vagy a Batman visszatér pingvinjelenetében. A Boids elveivel vizsgálható az is, hogyan viselkedik az embertömeg egy stadionban vagy metróállomásban.

A mesterséges élet alapja mindig a környezet és a szabályok előzetes megadása. A lények ezután további emberi beavatkozás nélkül, spontán evolúció révén megtanulnak alkalmazkodni ehhez a környezethez. Jó példa erre a mesterséges élet másik klasszikus példája, a számítógépes hangyaszimuláció. A rovarokat betesszük egy élelemmel megrakott kétdimenziós környezetbe. A lényeknek érzékelőik vannak, továbbá neuronhálózatuk, és cselekvéskészletük. Életük során a hangyák folyamatosan vesztenek energiájukból, ezért enniük kell. A program futtatásakor minden esetben azt észleljük, hogy a buta lények azonnal elpusztulnak, utánuk következnek azok, amelyek rosszul mozognak, majd azok, amelyek jól mozognak, de nem tudnak enni. A fennmaradó lények végül nem tudnak annyit enni, amennyi a mozgásukhoz kell, ezért a legokosabb hangyák szaporodni kezdenek. Az ivartalan szaporodás azonban rendkívül energiaigényes, ezért a lények az osztódás után gyakran elpusztulnak. Az ivaros szaporodás kevesebb energiát igényel, ezért az így szaporodó lények előnybe kerülnek. Ezek a lények az élet valamennyi velejáróját bemutatják.

Kockalények
Egy másik programban egy kockát helyeztek egy háromdimenziós világ közepébe. Az a többvégtagú lény számított életképesnek, amely a többinél előbb érte el a kockát, és érintkezésben maradt vele. A környezetben a fizika törvényei voltak érvényesek, ezért a lények úszhattak, ugorhattak, foroghattak vagy járhattak. A programozók a „fajok” között versenyeket szerveztek, a győztesek pedig szaporodhattak. A csoda akkor kezdődött, amikor az összetákolt blokkokból álló lények a természetben tapasztalható mozgásmintákat kezdték produkálni, valójában a tervezők előzetes szándéka nélkül.Az evolúció gyorsított változatát mai számítógépeken figyelve a kutatók rájöttek, hogy az ember alkotta esetlen lények fejlődésük során maguk is rálelnek az élet törvényszeríségeire. Eszerint érdemes a mesterséges evolúcióra bízni az intelligens viselkedést mutató lények megjelenését, ahelyett, hogy az emberek terveznék és építenék meg azokat.

Az emberi beavatkozással folyó mesterséges evolúció azonban nem kevésbé tanulságos. Richard Dawkins, a híres biológus Biomorph neví programjának futtatásakor megdöbbentően furcsa alakzatok keletkeznek. Az egyszerí program lényei mutáció és kézi kiválasztás révén szaporodnak. A lények vonalakból állnak, és olyan utasításhalmazból, amely leírja az alakjukat, azaz a vonalak elrendeződését. A kiválasztódást az ember végzi, úgy, hogy egyszeríen megjelöli a neki tetsző lényt. Ha például azt szeretnénk, hogy egy írhajó alakú lény fejlődjön ki, generációról generációra ki kell jelölnünk azt, amely a legjobban hasonlít egy írhajóra, bármilyen távoli is ez a hasonlóság. Ez az evolúció inkább emlékeztet a szelektív kutyatenyésztésre, mint spontán törzsfejlődésre.

Éljen az információ!
A mesterséges élet bebizonyította, hogy az evolúció és az adaptáció nemcsak a természetben hatékony eszköz, hanem a számítástechnikában is. A mesterséges élettel előbb-utóbb valamennyien találkozni fogunk, olyan szélesek a lehetséges alkalmazási területei.

Korunk információáradatában eljutottunk addig a pontig, amikor már nem elég a ránk zúduló rengeteg adatot egyszeríen megállítani, inkább arra van szükség, hogy valamilyen intelligens szíréstechnika segítségével csak a hasznos információk jussanak el hozzánk. A mesterséges életnek hatalmas szerepe lehet az információ kinyerésében, az információsírítésben. Létre lehet hozni olyan szoftverágenseket, amelyek az internetet járják, előre beprogramozott céllal. Ez az egyszerí célt követő kódsor csak azt figyeli, hogy számára mi számít fontosnak, majd ezeket az információkat súlyozza, fontosságot tulajdonít nekik. Az ágensek versenghetnek vagy éppen együttmíködhetnek egymással azért, hogy éppen az ő súlyozásuk alapján történjen a dokumentumok, weboldalak besorolása. Az eredménytelennek bizonyuló ágensek pedig automatikusan kihalnának.

A mesterséges élet a szórakoztatóiparba is betört. A Cyberlife cég Creatures játéka afféle újgenerációs tamagocsi. Forradalmi megoldással hoz létre virtuális kedvenceket, amelyeket tanítani lehet, de amelyek maguktól is fejlődnek. A játék által vált a mesterséges élet népszerí témává, igaz, kevés lehetőséget nyújt a tudományos kutatásra.A virtuális valóság megteremtésének egyik alapfeltétele, hogy a benne lévő virtuális lények természetes módon viselkedjenek. Ezt nem könnyí megvalósítani, különösen, mivel az emberek realizmus iránti igénye egyre növekszik. Az állatok viselkedésének utánzása érdekében például nem elég a mesterséges intelligenciához folyamodni. A mesterséges élet tanulmányozói jobban tudják, hogyan lehet például egy csorda mozgását utánozni.

Elszabadult vírus
Sok elméleti vita folyik arról, hogy a mesterséges élet lényei valódi élőlények-e. A számítógépes vírusok például igazi kárt tudnak okozni a számítógépek szoftverében, akárcsak a természetes vírusok az élőlények szervezetében. Egyes számítógépes vírusok véletlenül, a szerzőjük akarata nélkül is mutálódtak, a merevlemez hibája miatt. A ma már „nagyöregnek” számító Cascade vírus például eredetileg csak egyetlen fájlt volt képes megfertőzni, a vírus egyetlen bájtja azonban véletlenül megváltozott, és ezután már több fájlt is tönkre tehetett, kártékonyabbá vált. Ezek a vírusok éppen a szaporodás céljával készülnek, és mivel mutáció is bekövetkezhet, a vírusok kétségtelenül képesek az evolúcióra. A mai vírusölő szoftverek szerencsére képesek lassítani ezt az evolúciót, ám a vírusok és szerzőik így is mindig egy lépéssel előrébb vannak.

Stephen Hawking, a világhírí kozmológus nem kétli, hogy a számítógépes vírusok valódi élőlények. A rá jellemző iróniával mondja, hogy saját képünkre teremtettük ezt az élőlényt, hiszen az ember által létrehozott első létforma – az emberhez hasonlóan – kártékony. A további mesterséges létformák azonban – mint láttuk – már az emberiség javát szolgálják. Ne kételkedjünk: az ember azokat is a saját képére teremtette.

• Föld 2
  A Tierra neví szoftver architektúráját úgy tervezték, hogy a benne végrehajtható aprócska gépi kódok, azaz a lények evolválódhatnak. Az önsokszorozódó gépi kód bitjei véletlenszeríen átrendeződhetnek (mutáció), vagy a programocskák kicserélhetik egyes kódszegmensüket (rekombináció). Az így kapott kódok a természetes kiválasztódás törvényszeríségeit követik mesterséges médiumban, alkalmazkodnak környezetükhöz, egyre jobbá válnak. Az ember természetesen befolyásolni tudja a Tierra evolúciós folyamatát: beállíthatja a mutáció mértékét és gyakoriságát, a CPU-idő megosztását a lények között, a világ méretét stb. Az egyes genotípusok a számítógép erőforrásaiért, azaz a processzoridőért és memóriamennyiségért harcolnak.A Tierrát először 1990-ben futtatta szerzője, Tom Ray egy laptopon.

  Egy éjszakányi futás után a program elegendő adatot termelt ahhoz, hogy a kutató messzemenő következtetéseket vonhasson le. A rövid, ember alkotta programsorok hamar a „természetes” élet szabályait kezdték követni. Rövid evolúciójuk során nemcsak hatékonyabb önsokszorozódó lényekké váltak, de ki is szabadultak a számukra – a programozó által – kijelölt memóriaterületből. Létrejöttek paraziták is, amelyek egy másik programocska kódsorát használták fel arra, hogy szaporodjanak. Más lények csoportokat alkottak, és nagyobb szervezetként viselkedtek. A Tom Ray által megírt, 42 utasításból álló önsokszorozódó programocska az evolúció során kitermelte a saját 24 utasításból álló mását. A programocskák tehát önmagukat optimalizálták.