Information är gränsen för studiet av livet

Livet är verkligen konstigt. Ur en fysikers synvinkel är det ännu märkligare. Livet liknar inte alla andra fenomen inom fysiken. Stjärnor, elektroner och svarta hål är alla fantastiska på sitt sätt. Men bara livet uppfinner, och det första livet uppfinner är sig självt.

Livet är kreativt på ett sätt som inget annat fysiskt system kan vara, och dess unika användning av information kan vara nyckeln till att förstå vad som skiljer den från andra fysiska system. Nu, tack vare ett nytt bidrag som jag och mina kollegor har fått från Templeton Foundation, kommer vi att utforska exakt hur information får livet att fungera till sin magi. Jag är väldigt exalterad över projektet, och den här uppsatsen är min första rapport från gränsen när vi fördjupar oss i terra incognita.

Hur information definierar ordning

Om information är nyckeln till att förstå livet, är den första frågan vilken typ av information livet använder? Att besvara denna fråga är kärnan i vårt forskningsprojekt. För att förstå varför detta är viktigt måste du gå tillbaka till informationsålderns gryning och dess tidiga pionjärer, Claude Shannon, en forskare vid Bell Laboratories i mitten av 1900-talet. 1948 skrev Shannon en artikel med titeln En matematisk teori om kommunikation. Det var en spelomvandlare och banade väg för den digitala revolutionen. Shannons första steg var att definiera vad han menade med information. För att göra detta förlitade han sig på tidigare arbete som närmade sig frågan i termer av sannolikheter eller överraskande händelser.

Överväg att se en rad tecken dyka upp en efter en på din datorskärm. Om strängen endast bestod av siffran 1 som upprepades flera gånger, skulle utseendet på en annan 1 inte vara särskilt överraskande. Men om det plötsligt dök upp en 7:a skulle du räta upp dig. Något nytt har dykt upp på kanalen, och för Shannon betyder det att information har förts vidare. Det finns en koppling, för honom, mellan sannolikheten för en händelse och den information den innehåller. Att arbeta med denna länk mellan information och händelser som symboler i en kedja, definierade Shannon syntaktisk information. Allt handlade om syntax, resonerade han – rätt ordning på tecken, ord och meningar. Shannon utvecklade sedan en förvånansvärt kraftfull teori om hur man använder syntaktisk information som blev grunden för moderna datorer.

Visst, men vad betyder det?

Vad Shannons definition dock inte tog upp var mening. Shannon klargjorde att det aldrig var hans avsikt, men mening är nyckeln till sunt förnuftsförståelse av vad information är. Information förmedlar något som är värt att veta till någon som vill veta. Informationen har med andra ord semantiskt innehålloch vad Shannons syntaktiska definition medvetet ignorerade var rollen av semantisk information.

Detta är ett enormt potentiellt problem när det gäller att försöka förstå den unika roll som information spelar i livet. Anledningen till att fysiker ser information som nyckeln till att förstå livet som ett fysiskt system är enkel: livet är det enda fysiska systemet som aktivt använder det. Naturligtvis kan jag beskriva nätverket av termonukleära reaktioner i en stjärna i form av information. Men jag kunde också välja att inte beskriva det så. När allt kommer omkring använder stjärnan inte informationen på ett sätt som gör en sådan beskrivning nödvändig.

Livet är dock annorlunda. Livet ska beskrivas i termer av användningen av information. Detta beror på att livets förmåga att skapa och upprätthålla sig själv bara kan uppstå för att det bearbetar information.

Men enbart syntaktisk information är inte det som betyder något för livet – meningen är också viktig. Den information som livet använder har alltid en valens, en betydelse för organismens fortsättning. Det ger livet dess handlingsfrihet och autonomi, vilket gör att det kan känna och reagera på omgivningen. Ännu mer grundläggande är den väsentliga uppdelningen den förklarar mellan en organism och dess miljö – den skiljer “jag” från “inte jag”.

Vårt mål är därför att förstå den unika användningen av semantisk information i livet. Naturligtvis är “mening” en hal filosofisk idé, och många böcker har skrivits i ämnet. Men vårt Templeton-projekt, baserat på en glansigt papper 2018 av Artemy Kolchinsky och David Wolpert, syftar till att hitta en fungerande, operativ och matematisk definition av semantisk information som forskare kan använda för att låsa upp livets fysik. (Kolchinsky är förresten en del av laget). Om projektet blir framgångsrikt kan vi kanske förstå hur en grupp kemikalier så småningom kan forma en cell, eller hur en grupp individer kan bilda ett komplext tekniskt samhälle.

Smartare, snabbare: nyhetsbrevet Big Think

Prenumerera för att få kontraintuitiva, överraskande och effektfulla berättelser levererade till din inkorg varje torsdag

Det är en mycket spännande möjlighet, och vi har precis börjat. Håll utkik för att se hur det går.

Leave a Comment