¿Cómo puede la informática teórica informar el estudio del origen de la vida?

El origen de la vida es uno de los problemas más confusos de la ciencia, porque no está del todo claro qué contaría como una explicación satisfactoria o en qué medida deberíamos esperar uno. (Es decir, hasta donde sabemos, la explicación podría ser: “claro, era increíblemente improbable, pero es un gran universo y solo tuvo que suceder una vez …”)

Creo que la informática teórica puede contribuir al problema de manera marginal, por ejemplo, al estudiar cuáles son los sistemas más pequeños posibles en autómatas celulares y en otros lugares que son capaces de autorreplicarse u otro comportamiento interesante. Es cierto que esto no es una complejidad asintótica, pero yo diría que es la informática teórica considerada más ampliamente. Esto es básicamente lo que Adam Yedidia y yo tratamos de hacer, por ejemplo, en nuestro trabajo dando una máquina Turing de 7910 estados cuyo comportamiento era independiente de ZFC (en el momento de escribir este artículo, hasta 1919, ¡gracias a Stefan O’Rear! )

Y, sin duda, hay otras formas en que TCS puede contribuir, por ejemplo, estudiando la dinámica evolutiva para tipos extremadamente simples de organismos y demostrando límites de convergencia. Hay exactamente un informático teórico que conozco que ha pensado seriamente en este tipo de cosas: a saber, Nisheeth Vishnoi en EPFL (que además de ser un excelente teórico de la complejidad, también es un experto en las ideas del origen de la vida de Manfred Eigen). Nisheeth también ha escrito algunas cosas sobre esto, aunque no sé si reflejan la gama completa de su pensamiento.

En cualquier caso, al igual que la pregunta que me hace sobre la intersección entre TCS y la neurociencia, esta pregunta es sobre una conexión interdisciplinaria profunda, natural e importante que, en su mayor parte, todavía no existe (y que, por lo tanto, presenta una oportunidad obvia para estudiantes ambiciosos!

Dado que la informática aplicada juega un papel central en la biología evolutiva (big data y algoritmos inteligentes de especies, secuenciación en masa y su sección transversal en filogenética), un espectador ingenuo pensaría que la informática teórica podría hacer mucho.

Pero también creo que el lede es un concepto erróneo popular, que el surgimiento de la vida no puede limitarse de manera basada en principios.

Del caso tipo de la Tierra, los astrobiólogos concluyen que la vida surgió rápidamente. y entonces el proceso a menudo se intenta y / o es fácil. Se puede ver que esto ayuda a obtener una explicación porque hace que la hipótesis de “oportunidad” de Monod sea problemática.

[De hecho, creo que la existencia de planetas en otros sistemas lo hace así. Un proceso en el espacio de fase que es efectivamente reentrante tiene que trabajar duro para no visitar un pequeño lugar marcado con una “X” …]

También tenemos el aporte de la teoría de la ventilación, donde a menudo se menciona que podemos ver una gran cantidad de rasgos congelados en los sistemas geológicos de los Andes que fueron nuestros antepasados. (Antepasados ​​directos en la teoría del respiradero hidrotermal alcalino, “antepasados ​​indirectos” a través de la formación del medio ambiente en la teoría de la “sopa” de la evolución química) [Russell et al, “El impulso a la vida en mundos húmedos y helados”.]

Aquí podemos confiar en la filogenética evolutiva que ha propagado esos rasgos y resolver el problema, en términos filogenéticos, eligiendo un conjunto de vías optimizadas en cierta medida (bayesiano, por lo general). O podemos intentar recuperar estos rasgos en pruebas experimentales. En la práctica, dado que tenemos que especular sobre tantos nodos tempranos, las personas hacen ambos.

La reunión AGU de otoño del año pasado tuvo una primera sesión dedicada a probar las teorías de emergencia.

Quizás no directamente, pero ciertamente por analogía.

La informática teórica muestra cómo algunas reglas muy simples, ninguna de las cuales parecen notables en sí mismas, cuando se combinan, pueden crear estructuras de una complejidad sorprendente y un comportamiento sorprendente. Este fenómeno se conoce hoy en día como emergencia. El todo no es simplemente mayor que la suma de sus partes, sino algo que trasciende lo que imaginamos que podría ser la suma. Desde los mecanismos simples de la teoría de los autómatas surgen clases y programas ricos en complejidad que se autorreferencian, replican e incluso evolucionan.

Por analogía, entonces, uno puede imaginar más fácilmente cómo los bloques de construcción químicos simples admiten la posibilidad de entidades que muestran estas mismas características de autorreferencia, replicación y evolución.

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