自发的自我复制程序出现在数字“原始汤”中

在某些条件下，自我复制器开始主导系统。

这项研究可以为地球上生命最初是如何开始的提供线索。

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一项让数据在数字“原始汤”中交互的新研究发现，出现了自我复制模式。

1970 年，英国数学家约翰·霍顿·康威 (John Horton Conway) 创建了一款零玩家视频游戏，称为“康威的生命游戏”。游戏在方格网格上进行，用户唯一可以输入的就是设置初始状态。 

由康威决定的规则如下： 

对于一个被占用的空间，每个有一个被占用的邻居或没有邻居的细胞都会死亡，就像孤独一样。每个有四个或更多邻居的占据空间也会死亡，就像人口过剩一样。如果一个被占用的单元格有两个或三个邻居，它将生存到下一步（即，当整个网格向前移动一步时，它将保持被占用状态）。同时，只有当旁边有三个已占用的空间时，未占用的空间才会被填充。

尽管只遵循一些简单的规则，但随着每一步的进展，复杂且自我复制的模式和行为很快就会出现。

在这项尚未经过同行评审的新研究中，来自谷歌、情报范式团队和芝加哥大学的研究人员试图深入了解生命是如何从非生命分子的相互作用中产生的。 

研究小组在论文中写道：“在寻找生命的一般定义时，我们观察到与自我复制者的兴起同时发生的动态的重大变化，这似乎无论基质如何都适用。” “因此，我们可以利用自我复制器的出现作为区分生命前和生命动态的合理过渡。”

为了进行调查，该团队放置了数万个计算机代码片段，随机混合在一种随机噪声的数字原始汤中，允许它们交互最多 16,000 个时期。

“每个程序由 64 个 1 字节字符组成，这些字符是从均匀分布中随机初始化的。在这些模拟中，不会生成或删除新程序 - 变化仅通过自我修改或随机背景突变发生，”该团队解释道。 “在每个时期，程序通过选择随机排序对、将它们连接起来并执行固定数量的步骤或直到程序结束而产生的代码来相互交互。”

这些程序没有被赋予任何奖励生存或复制的目标或奖励机制，但从这个汤中，团队发现大约 40% 的时间出现了自我复制程序。复制基因并不总是能够存活下来，有时会在进一步的相互作用中被破坏。 

状态转换（复制器开始主导系统）在随机初始设置中很少见，仅发生千分之三。然而，当从之前的模拟中提取的自我复制器被放置在随机汤中时，22% 的时间在 128 个时期内发生了状态转换。

这些实验都在类似于零维环境的情况下进行，因为所有程序都有统一的相互交互机会，就好像它们被压缩成一个点一样。但该团队还尝试了一维和二维环境，其中程序只能与相邻代码交互。

“在最终的模拟中，自我复制器仍然出现，”该团队解释道。 “与通常的设置相比，主要区别在于自复制器的传播速度：如果允许所有磁带在大小为 n 的汤中相互作用，那么一旦自复制器出现，它通常会占据至少一半的空间。汤大约需要 log n 个步骤；另一方面，在 2D soup 中，它需要与网格边长成正比的 epoch 数量，对于方形网格来说是 √n。”

“由于这种差异，二维网格实验非常有助于可视化自我复制者如何进化及其行为。它还为多种自我复制者共存和相互竞争提供了肥沃的土壤。”

结果如随附的 YouTube 视频所示，自我复制器将主导整个系统。

尽管这些实验当然并不完全类似于地球上生命诞生的原始汤，但它们仍然表明了复杂性和自我复制是如何在“惰性”组成部分之间的随机相互作用中出现的。该团队希望继续他们的工作，并回答诸如是否会出现更复杂的功能，以及计算系统的进化是否与生物系统相同或显着不同等问题。

“我们认为，这套计算基质展示了一种发现和实现生命的新方式。”该团队总结道，“此类系统的行为与自动催化网络和生物启发系统明显不同。”“此外，我们最初的探索以及在 Tierra 和 AVIDA 等类似系统中观察到的结果表明，这可能只是此类系统中可能出现和蓬勃发展的复杂行为的开始。”

该研究尚未经过同行评审，已发布到预印本服务器 arXiv。