50 억 년 전, Ediacaran 시대에는 초현실적 인 생명의 세계가 바다 바닥을 넘어 섰습니다. 기괴하고 부드러운 동물은 상상력을 무시하는 물리적 인 형태를 가지고있었습니다 :퀼팅 된 얼룩과 늑골 디스크, 세그먼트 튜브 및 위로 된 종, 테이퍼링 스핀들 및 가느 다란 원뿔. 그들은 아마도 지구 최초의 큰 다세포 유기체 였을 것입니다. 그러나 그들은 현대의 후손들을 떠나지 않고 곧 멸종되었습니다. 사암과 석영의 고대 슬래브에서 추적 화석은 완전히 이상하고 환상적인 생물의 남아 있습니다.
그 이상 함 때문에 고생물학 자들은 여전히 그들에 대한 가장 기본적인 질문에 대해 논쟁의 여지가 있습니다. 그들이 어떻게 발전했는지, 그들이 어떻게 먹고 재생산했는지, 한 명의 화석화 된 개인이 떠나고 다른 하나가 시작되는 곳에서도 토론합니다. 그 동물들은 포르투갈의 전쟁과 유사한 소규모 개인의 독신 유기체 또는 식민지였습니까? 그들의 젤리 같은 몸이 어디에서 끝나고 환경이 시작 되었습니까?
개인을 구별하는 과제는 단편화 된 화석 기록을 이해하려는 과학자뿐만 아니라 어려울 수 있습니다. 다른 행성이나 달에서의 삶을 찾고있는 연구원들은 같은 문제에 직면해야합니다. 오늘날 지구에서도 자연이 경계에 대한 경사적 인 무시를 가지고 있음이 분명합니다. 바이러스는 숙주 세포에 의존하여 스스로 사본을 만듭니다. 박테리아는 유전자를 공유하고 교체하는 반면, 고차 종은 혼성화됩니다. 수천 개의 점액 곰팡이 아메바가 협력 적으로 타워에 조립하여 포자를 뿌립니다. 노동자 개미와 꿀벌은 사회 식민지의 비생산적인 구성원이 될 수 있습니다. 이끼는 곰팡이 및 조류 또는 시아 노 박테리아의 공생 복합재입니다. 인간조차도 적어도“자기”세포만큼 많은 박테리아 세포를 포함하고, 장의 미생물은 우리의 발달, 생리학 및 생존과 불가분의 관계로 연결되어 있습니다.
이 유기체는“때때로 매우 밀접하게 연결되어 있기 때문에 한두 가지 또는 많은 것에 대해 이야기 해야하는지 확실하지 않습니다.
그러나 그러한 차이를 만들 수 있다는 것은 과학자들에게 매우 중요합니다. 생태 학자들은 공동체를 정의하는 복잡한 공생과 관계를 분리 할 때 개인을 인식해야합니다. 자연 선택을 연구하고 그것이 생식 성공을 위해 개인을 어떻게 선택하는지 연구하는 진화론 생물 학자들은 선택되는 개인을 구성하는 것이 무엇인지 알아 내야합니다.
더 큰 행동 또는 활동 체계 내에서 뚜렷한 패턴으로 나타나는 개체의보다 추상적 인 개념을 다루는 생물학 분야에서도 마찬가지입니다. 분자 생물 학자들은 수천 명의 유전자가 주어진 특성을 생성하기 위해 개별 네트워크로 상호 작용하는 유전자를 정확히 찾아야합니다. 신경 과학자들은 뇌의 뉴런 클러스터가 자극을 나타내는 하나의 응집력있는 실체 역할을 할 때를 결정해야합니다.
Santa Fe Institute의 컴퓨터 과학자 인 Melanie Mitchell은“어떤면에서 [생물학]은 개성의 과학입니다.
그럼에도 불구하고, 개인이라는 것이 의미하는 바에 대한 개념은 종종 광택을 얻습니다. McGill University의 박사후 연구원 인 Maxwell Ramstead는“지금까지 우리는‘파일’이라는 개념과 매우 유사한‘개인’의 개념을 가지고 있습니다. “모래 더미가 있다면 직관적으로 이것이 모래 더미라는 것을 알고 있습니다. 그러나 더미는 정확하게 정의 된 것이 아닙니다. 13 개의 곡물 후에는 컬렉션에서 더미로 이동합니다.”
애리조나 주립 대학의 이론적 생물학자인 Manfred Laubichler는“분야로서의 생물학이 완전히 저조한 것”이라고 말했다. "여전히 경험적으로 주도 된 징계입니다."
이제 몇몇 과학자 그룹이이를 바꾸려고 노력하고 있습니다. 그리고 그들은 생물학을 새로운 시대로 안내하기를 희망하는 일련의 원칙과 측정에 따라 개인의 개념을 공식화함으로써 시작하고 있습니다.
.명사가 아닌 동사
생물학적 개인을 정의 할 때, 우리는 우리가 관찰하고 측정 할 수있는 것에 의존하는 경향이 있습니다. 세포는 막에 의해 결합되어 피부에 의해 동물; 우리는 그러한 서열에서 DNA와 유전자를 구분 할 수있다. 무엇보다도, 우리의 정의는 유기체와 그와 관련된 특성에 특권을 부여합니다. 환경에서 물리적으로 분리되어 DNA가 있고 복제 할 수있는 실체는 자연 선택에 적용됩니다.
그러나 이것이 생물을 보는 유일한 방법은 아닙니다. 항상 최선의 방법도 아닙니다. 진화론 적 이론가이자 Santa Fe Institute의 회장 인 David Krakauer는“Darwin이 미생물 학자라면 우리는 매우 다른 진화론을 가질 것이라고 말합니다. “당신은 가장 적합한 유기체의 생존으로 시작하지 않았을 것입니다. 그것은 매우 다른 전제 일 것입니다.”
Krakauer는 외부 환경에 의해 부과 된 편견이나 한계없이 연구중인 시스템의 본질적인 역학에 기초하여 개성을 정량화하기위한 운영 메트릭 인 생물학적 단위를 식별하는보다 자연스럽고 객관적인 방법을 발견하려고합니다.
.산타페 연구소 (Santa Fe Institute)에 기반을 둔 집단 현상 연구 전문가 인 제시카 플랙 (Jessica Flack)은 자연 선택 및 기타 생물학적 과정에 대한 연구에 개성의 개념이 적용되는 임의의 방식에 비슷하게 좌절했다. 그래서 쌍이 팀을 이루고 10 년의 더 나은 부분을 차지했습니다. 여기에는 산타페에서 위스콘신으로 다시 돌아가서 다시 프로젝트에 대한 몇몇 동료들의 채용이 포함되었습니다. 그들은 우리가 답을 알고 있거나 너무 많은 것을 알고있는 것이 훨씬 더 개방적이고 기본적인 작업 정의를 개발했습니다.
는 말했다.그 작업 정의의 핵심은 개인이 공간적 용어로 고려해서는 안되는 용어로 간주되어야한다는 생각이었다. 작품에 관여하지 않은 Mitchell은“이것은 개인에 대한 다른 사고 방식입니다. “명사 대신 동사의 일종으로.”
전적으로 새로운 접근법은 아닙니다. 1800 년대 초, 프랑스 동물 학자 조지스 커 비에르 (Georges Cuvier)는 생명을 소용돌이로 묘사했다. 형태 살아있는 몸의 것은 그것의 matter 보다 더 중요합니다. .” 많은 철학자들과 생물 학자들은 유기체와 다른 생물학적 시스템이 고정 된 물체 나 재료가 아니라 플럭스 강에서 흐르는 패턴과 관계로 존재하는이“프로세스 관점”을 취했습니다.
Swarthmore College의 발달 생물학자인 Scott Gilbert는 불행하게도“유전자 이론이 인수되면 사물의 생물학이되었습니다. 하지만 이제 다시 변화가 시작되었습니다. "20 세기 생물학은 사물의 생물학이었다"고 그는 말했다. “21 세기 생물학은 프로세스의 생물학입니다.”
그리고 과학자들은 이러한 과정을 공식적이고 정확한 방식으로 고려하는 도구를 개발했습니다. 산타페 인스티튜트 (Santa Fe Institute)의 생애 연구원 인 에릭 스미스 (Eric Smith)는“우리는 생물학에서 객체 언어로하고있는 많은 일들을 취할 수있다”고 말했다.
많은 정도의 개성
Krakauer와 Flack은 Max Planck 수학 연구소의 Nihat Ay와 같은 동료들과 협력하여 과학과의 개인의 원칙을“동사의 종류로”공식화하기 위해 정보 이론으로 전환해야한다는 것을 깨달았습니다. 그들에게 개인은“시간적 무결성의 척도를 보존”하는 총체적인 양의 정보를 제 시간에 전파하는 총체적이었다.
.그들이 생명 과학에서 이론에 출판 한 그들의 형식주의 3 월에는 세 가지 공리를 기반으로합니다. 하나는 개성이 세포 내에서 사회에 이르기까지 모든 수준의 생물학적 조직에서 존재할 수 있다는 것입니다. 두 번째는 개성이 중첩 될 수 있다는 것입니다. 한 개인은 다른 개인 안에 존재할 수 있습니다. 그러나 가장 참신한 (그리고 아마도 가장 반 직관적 인) 공리는 개성이 연속체에 존재하며 엔티티가 그것의 정량화 가능한 정도를 가질 수 있다는 것입니다.
산타페 연구소 (Santa Fe Institute)의 물리적 생물학자인 크리스 켐프스 (Chris Kempes)는“이것은 갑자기 점프가되는 이진 기능이 아닙니다. 물리학 자로서 그에게 산타페 팀 이론의 매력의 일부입니다. 분류에 대한 정량화에 대한 강조는 생물학이 더 많이 사용할 수있는 것입니다. 그는 바이러스가 살아 있는지 여부와 개인인지에 대한 까다로운 정의 문제를 해결하기 때문입니다. "문제는 실제로 :바이러스는 얼마나 바이러스입니까?" 그는 말했다. “바이러스는 얼마나 많은 개성을 가지고 있습니까?”
Krakauer, Flack 및 나머지 그룹은 복잡하고 시끄러운 환경에서 그러한 개성을 발견하기 위해“렌즈”를 정의하기 시작했습니다. Krakauer는“일종의 현미경을 구축하는 것에 대해 생각해 보면 정보가 전파되는 것을 볼 수 있습니다. 그들은 정보를 깨뜨리는 수학적 프레임 워크를 설명했다. 정보가 부분적으로 흐르고 환경 적 영향의 다른 조합과 내부 역학이 시스템의 미래 상태를 예측할 수있는 방법에 따라 개성을 평가했다.
.이러한 정보 흐름의 기울기를 기반으로 산타페 팀은 세 가지 유형의 개성을 구별합니다. 첫 번째는 유기체 개인이며, 환경 적 요인에 의해 형성되지만 강력하게 자기 조직화되는 실체입니다. 그러한 개인을 정의하는 거의 모든 정보는 내부 및 자체 주를 기반으로합니다. 크라 카우어는“이것은 당신이 그것을 입었다면 인간과 포유류와 새를 볼 수있게 해줄 렌즈입니다.
두 번째 유형의 개성은 식민지 형태이며, 여기에는 내부와 외부 요인 사이의 더 복잡한 관계가 포함됩니다. 이 범주의 개인은 개미 식민지 또는 스파이더 웨브 (Spiderweb)를 포함 할 수 있습니다. 환경에 의해 "부분적으로 발판이 붙어 있지만 여전히 일부 구조를 유지하는 분산 시스템.
세 번째 유형은 거의 전적으로 환경에 의해 구동됩니다. 크라 카우어는“비계를 제거하면 [엔티티]가 무너질 것입니다. 그것은 온도와 수분 조건에서 사라지는 토네이도와 같습니다. Krakauer는 지구상에서 발생하는 첫 번째 삶은 아마도 이와 같았습니다.
연구자들이 부르는이“개성에 대한 정보 이론”은 생물학적 단위에 대해 생각할 수있는 매우 일반적인 방법을 제공합니다. 크라 카우어는“환경에서 유기체에서 수치를 추출 할 수있는 알고리즘에 영감을 줄 수 있기를 희망한다”고 말했다. 이러한 알고리즘은 개인의 출현을 나타내는 정보의 상관 관계를 정확히 찾아 내기 위해 시간이 지남에 따라 수집 된 데이터 스트림에 적용될 수 있습니다.
크라 카우어에 따르면이 이론 내에서 개인은 세포, 조직, 유기체, 식민지, 회사, 정치 기관, 온라인 그룹, 인공 지능 또는 도시, 심지어 아이디어 나 이론 일 수있다. "우리가하려고하는 것은 우리가 전통적으로 살아있는 것 이상으로 확장되는 생명의 전체 동물원을 발견하는 것입니다."
그러한 개인은 우리가 친숙한 공간의 척도 나 기능 또는 분포를 준수하지 않기 때문에 우리가 고려하지 않은 실체 일 수 있습니다.
“우리의 감각은 매우 제한적입니다. 우리의 두뇌에서 우리가 처리 할 수있는 것은 결국 도쿄의 AI 회사 인 Araya의 연구원 인 Martin Biehl은 인공 시스템에서 개별 요원을 식별하기위한 수학적 접근 방식을 개발하고 있습니다. “그래서 우리는 어디 에서이 자신감을 가져다 주는가, 우리는 수많은 숨겨진 사람들이 빠지지 않습니까?”
우리가 아는 것처럼 생명
개인을 인식하는이 새로운 방법은 많은 장점이있을 수 있습니다. 아마도 특정 유전자 네트워크와 신호 전달 분자는 세포 수준에서 개체로서 작용하는 반면, 다른 유전자는 세포 사이에 퍼져 있습니다. 어쩌면 암은 특정 세포가 이웃보다 더 높은 수준의 개성을 얻은 결과로 더 잘 이해 될 수 있습니다.
Krakauer와 Kempes는 다른 과학자들 중에서도이 측정 기반 접근 방식을 기원의 질문에 적용하기를 희망합니다.“행성 기관은 풍부하고 복잡한 환경이며 화학은 거대한 조합 공간입니다.”라고 Kempes는 말했습니다. "이러한 모든 다른 조건에서… 우리는 아마도 당신이 얻을 수있는 삶의 유형의 유형에 놀랄 것입니다." 그는 Krakauer와 같은 메트릭을 사용하여 이러한 다양한 원산지 이야기에서 공유 할 수있는 기본 속성 또는 일반 원칙을 식별하고 싶어합니다.
Kempes는“사람들은 우리가 공유하는 모든 삶을 알고있는 것에 집중하고 싶어합니다. “그러나 그것은 우리 가이 지구에서 가지고 있었던 진화론 적 역사와 우리 가이 행성에서 일어난 특정한 삶의 기원에 매우 적합합니다. 그것은 삶에 대해 생각하는 일반적인 방법이 아닙니다.” 필자는 1961 년 소설 Solaris에서 상상했던 작가 Stanisław Lem이 상상했던 혈장의 지각있는 바다와 같이 인간의 이해를 넘어서는 우리의 태양계를 넘어서는 삶을 식별하는 데 도움이되지는 않습니다. .
그러나 개성에 대한 광범위한 정의는 과학자들이 새로운 종류의 삶을 찾을 수있게하는 것이 아닙니다. 또한 경계 조건이 다른 경계 조건이 실체의 개성 정도와 주변 환경과의 관계에 어떤 영향을 줄 수 있는지 조사 할 수 있습니다. 예를 들어,“개인”은 어떻게 생태계입니까? 종이 사라지거나 중요한 환경 요인이 변하면 그 개성은 어떻게됩니까? 유기체의 경계가 피부 주위에 아니라 환경의 일부를 포함시키기 위해 더 나아가면 어떻게됩니까? 답은 보존 노력과 유기체, 종 및 물리적 환경에 얼마나 많은 상호 의존이 있는지에 대한 이해에 영향을 줄 수 있습니다. 그리고 연구자들이 시스템의 개성에 가장 큰 영향을 미치는 요소를 더 잘 이해할 수 있다면, 다세포의 출현과 같은 진화론 전환에 대해 더 많이 배울 수 있습니다.
.Kempes는“기본량을 정의하는 것은 우리가 전에 보지 못했던 역학을 갑자기 시작하고 이전에 생각하지 않은 프로세스를 이해하는 데 도움이된다고 생각합니다.
개성 유지
개성에 대한 이론적 연구를 수행하는 다른 과학자들은 크라 카우어와 플랙의 이론이 답변을 찾는 데 가장 유용한 프레임 워크를 제공한다는 데 반드시 동의하지는 않습니다. 예를 들어, McGill의 Ramstead에게 Krakauer와 Flack의 프레임 워크가 모든 종류의 시스템에 똑같이 잘 적용될 수 있다는 사실은 전적으로 유리한 점수가 아닙니다. 그는 산타페 그룹의 시작 가정과 정보 이론 사용에 동의하지만, 그들의 정의는 정보 흐름을 기반으로 비 생생 시스템 (허리케인과 같은)의 실체와 구별되는 생물학적 실체를 설정하는 방법이 추가로 필요하다고 말합니다.
.Ramstead는 자신의 접근 방식이 개인이 자신을 구분하는 경계를 어떻게 유지하는지에 대한 고려를 놓치고 있다고 가정합니다. "유기체는 단지 개별화되지 않았다"고 그는 말했다. "그들은 개별화에 대한 정보에 액세스 할 수 있습니다." 그에게 Krakauer와 Flack의 프레임 워크가 사용하는 정보는 유기체에 "알 수 없다"고 말합니다.
대안으로 Ramstead는 University College London의 유명한 신경 과학자 인 Karl Friston과 협력하여 Friston의“자유 에너지 자체 조직”에 관한 이론을 구축하고 있습니다. Ramstead는 이러한 사고 라인을 Krakauer 및 Flack의 형식주의와 호환되는 것으로보고 있지만 생물학적 실체가 자신의 개성을 어떻게 유지하는지에 따라 유용하게 제약을받습니다.
.자유 에너지 원리는 자체 구성 시스템이 마치 환경에 대한 예측을 생성하는 것처럼 보이고 그러한 예측의 오류를 최소화하려고합니다. 유기체의 경우, 그것은 부분적으로 그들의 기대에 대한 감각과 지각 경험을 끊임없이 측정하고 있음을 의미합니다.
Ramstead는“유기체의 몸을 문자 그대로 환경의 구조에 대한 추측으로 해석 할 수 있습니다. 그리고 시간이 지남에 따라 그러한 기대의 무결성을 유지하는 방식으로 행동함으로써 유기체는 주변 환경과는 별도로 개인으로 정의됩니다.
고대 프랙탈 형태
산타페 팀의 이론은 현재“중요한 원칙 증거” -“생물학의 야생 서부에서는 합리적인 질서를 만들 수있는 조직 계획”이라고 Laubichler는 말했다. 그러나 연구자들은 이러한 개념을 실천할 수있는 유용한 알고리즘을 만들 때 여전히 가까이 없음을 인정합니다.
그럼에도 불구하고, 일부 생물 학자들은 이미 개성에 대한 정보 적 접근 방식을 잘 활용하기위한 자신의 방법을 찾고 있습니다. 그들의 작품은 Krakauer, Flack 및 Ramstead가 추구하는 이론적 아이디어가 언젠가 적용될 수있는 방법에 대한 맛을 제공합니다.
Essex University의 연구원 인 Jennifer Hoyal Cuthill은 Ediacaran 시대에 번성 한 유기체를 연구합니다. 그녀는“매우 깊은 시대부터 화석이나 생명 형태를 다루기 위해서는 지구에 존재하는 것만 큼 가깝습니다.”라고 그녀는 말했습니다. "그래서 우리는 개인을 어떻게 인식 하는가에 대한 실질적인 문제에 직면하고 있습니까?"
그녀와 그녀의 동료들이 개발 한 솔루션은 Krakauer와 Flack이 묘사 한 개념과 관련이 있다고 그녀는 특히 시간이 지남에 따라 정보의 지속성에 중점을두고 있다고 말했다.
Hoyal Cuthill의 최근 rangeomorphs에 대한 작품 인 고사리 같은 동물, 높이가 6 피트 이상으로 자랄 수 있으며 해저에 부착 된 중앙 줄기에서 방사 된 프랙탈, 분기 잎으로 자랍니다. 초기 분석은 종종 퀼 펜과 유사한보다 친숙한 무척추 동물 부류 인 Sea Pens로 범위 모르 프를 그룹화했습니다. 바다 펜은 실제로 식민지 유기체 (개별, 촉수 폴립의 총체)이기 때문에 과학자들이 범위 모르 프라고 생각한 것입니다. 약 10 년 전까지, 즉 :연구자들은 나중에 특정 성장 프로그램이 단일 개인에서 범위 모르 프 모양을 생성 할 수 있다고 제안했습니다.
그 연구는 정보 이론 측면에서 생각할 수 있습니다. 예를 들어, Hoyal Cuthill은 동물의 프랙탈 형태를 검사합니다. 이는 나무 줄기에서 동심원 고리가 성장을 기록하는 것과 같은 방식으로 성장 기록을 반영합니다. “시간이 지남에 따라 지속됩니다. 우리는 그 과거가 그 안에 유지되는 것을 볼 수 있습니다.”라고 그녀는 말했습니다.
성장 기록은 또한 주변 해수에서 용해 된 유기 탄소의 확산에 대한 정보와 같은 범위 모르 프 환경의 정보 흐름에 대한 기록입니다. Hoyal Cuthill과 그녀의 동료들은 그 정보의 지속성을 연구함으로써 범위 모르 프가 평생 동안 어떻게 변했는지에 대한 가설을 공식화했습니다. 내부 및 외부 세력의 균형이 산타페 팀의 정의에 의한 식민지보다는 일관된 유기체로 남겨 두더라도 환경은 개발의 발판 역할을했으며 크기와 모양에 크게 영향을 미쳤습니다. Hoyal Cuthill은 Krakauer와 Flack의 논문의 언어를 적용하면서“우리는 가장 오래된 동물이 될 가능성이있는 내재적, 유기적 개성과 환경 적 결정의 흔적을 볼 수있다”고 Hoyal Cuthill은 말했다.
Hoyal Cuthill은 이론이나 실습의 자연을 개척하기 위해 정보 흐름을 사용하려는 이러한 시도는“새로운 생물학의 기초가 될 수있는 아이디어와 개념을 스케치하는 시작”이라고 말했다.
Laubichler가 동의했습니다. "생명 과학이나 생물학이 과학적 분야로 성장하기 위해서는 이와 같은 일을해야합니다."
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