Ученые нашли критическую точку, в которой информация важна для выживания

Живые системы — в отличие от неживых или неодушевленных объектов — используют информацию об окружающей их среде, чтобы выжить. Но не вся информация из окружающей среды имеет смысл или значение для выживания. Подмножество информации, которая является значимой и, возможно, необходимой для выживания, называется семантической информацией.

В новой работе, опубликованной в журнале PRX Life, физики из Рочестерского университета и их соавторы впервые применили теорию семантической информации к хорошо известной в биологии и экологии модели живых систем: организму или агенту, добывающему ресурсы.

Используя математическую модель, исследователи смоделировали, как кормовой агент перемещается в окружающей среде и собирает информацию о ресурсах. Моделирование выявило то, что исследователи назвали семантическим порогом: критическую точку, когда информация имеет значение для выживания агента. Выше этого порога удаление некоторой информации не влияет на выживание, а ниже — каждый бит информации имеет решающее значение.

Количественно оценивая корреляции или связи между агентом и его окружением, исследователи помогают выявить роль информации в способности агента поддерживать свое существование.

Корреляции как связи

Представьте себе птицу в лесу. Она знает, где найти еду, которую она запасает, чтобы прокормить себя. Допустим, вы перемещаете птицу на 100 футов в другую часть леса. «Тем самым вы прервали некоторые корреляции или связи птицы с окружающей средой, но их осталось достаточно, чтобы это не повлияло на жизнеспособность или способность птицы выжить», — объясняет Дамиан Совински, ведущий автор работы и постдокторант кафедры физики и астрономии в Рочестере.

Теперь переместите птицу на расстояние 1000 футов — или, что еще более радикально, на 1000 миль.

В конце концов, птица не будет знать ничего о своем окружении — все связи оборвутся. Жизнеспособность птицы от отсутствия реального влияния до внезапного резкого снижения, — говорит Совински.

В отличие от этого, перемещение неживого объекта, например камешка, на расстояние 100 футов, 1 000 футов или даже 1 000 миль не меняет принципиально связи между окружающей средой и камешком. Это происходит потому, что камешек не использует никакой информации — ни важной, ни неважной — о своем окружении для поддержания или воспроизводства себя.

Одна из самых основных вещей, которые делает жизнь, — это потребление ресурсов при навигации в пространстве, — говорит соавтор исследования Гураб Гошал, профессор физики в Рочестере.

Эти новые результаты показывают, что наш способ мышления — идея о том, что существует релевантная и нерелевантная информация для выживания, — многообещающ, если его применить в простой модели добычи ресурсов. Теперь главный вопрос заключается в том, будет ли наш способ мышления по-прежнему применим в более сложных моделях?

От частиц к людям: как возникает агентность?

Самостоятельность означает целенаправленное действие или неслучайное реагирование на окружающую среду. Это требует установления значимых связей с окружающей средой — взаимодействия, реагирования, а затем сознательных действий, направленных на самоподдержание и самовоспроизводство.

Итак, когда и как возникает самостоятельность — у индивида, группы или системы?

Это глубокий философский вопрос, — говорит соавтор исследования Адам Франк, профессор кафедры физики и астрономии имени Хелен Ф. и Фреда Х. Гоуэнов.

Весь смысл развития науки заключается в том, чтобы взять вопросы, которые раньше были уделом философских спекуляций, и найти способ говорить о них количественно. В данной работе это сделано с математической точностью.

Такое широко применимое математическое определение семантической информации может дать новые знания по всем дисциплинам — от биологии до когнитивных наук, от философии до физики — о том, как связаны живые и неживые системы. Это одна из причин, по которой Фонд Джона Темплтона, филантропическая организация, финансирующая академические исследования по важнейшим темам, пересекающим дисциплинарные, религиозные и географические границы, поддержал исследование команды.

Используя язык теории информации, мы создаем мост между механистическими описаниями в физических науках и более информационными или поведенческими описаниями, используемыми в науках о жизни, — говорит Совински.

Он, как и его коллеги, полон энергии для продолжения исследования фундаментальной тайны жизни. По словам Совински, «наша работа — это многообещающий первый шаг к ответу на более важный вопрос: Что в мире заставляет безжизненную скалу, полную гальки, в конце концов покрыться целеустремленными существами, которые осмысленно взаимодействуют друг с другом и окружающей средой?»

29.11.2023


Подписаться в Telegram



Биосфера

Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак
Nature: Стволовые клетки растений подскажут, как развивается рак

Крошечный корень растения толщиной не бол...

Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый
Animal Behaviour: Козы по голосу определяют, злой хозяин или добрый

Козы могут отличить счастливого человека от&nb...

Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса
Current Biology: Сумчатая мышь из Австралии жертвует сном ради секса

Всем живым существам необходим сон. Когда люди...

Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом
Current Biology: Одомашнивание растений влияет на их микробиом

Новое исследование, проведенное под руков...

Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции
Journal of the Geological Society: В окаменелостях нашли ключевые следы эволюции

Исследование, проведенное под руководство...

Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом
Current Biology: Созданы дрожжи, питающиеся светом

Возможно, вы знаете дрожжи как орган...

Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini
Nature Ecology & Evolution: Ученые секвенировали первый геном из класса Myxini

Международному научному коллективу, состоящему...

Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению
Science: Как морские улитки перешли от откладывания яиц к живорождению

Яйцо действительно появилось первым. Откладыва...

Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий
Nature Microbiology: Ученые раскрыли тайну хищных бактерий

Как природные антимикробные хищные бактерии сп...

Carbohydrate Polymers: Культурная ламинария теперь может быть не хуже дикороса
Carbohydrate Polymers: Культурная ламинария теперь может быть не хуже дикороса

Норвегия экспортирует продукцию, полученную из...

Nature Catalysis: Сделан первый шаг к синтетической фиксации CO2 в живых клетках
Nature Catalysis: Сделан первый шаг к синтетической фиксации CO2 в живых клетках

Синтетическая биология дает возможность создав...

ZooKeys: В Азии ученые открыли новый вид игуаны Calotes wangi
ZooKeys: В Азии ученые открыли новый вид игуаны Calotes wangi

К богатой фауне рептилий Азии присоединилась н...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса