- Stuart Kauffman और Andrea Roli जीवन को non-equilibrium self-reproducing chemical reaction system के रूप में परिभाषित करते हैं, और मानते हैं कि जीवन का उद्भव चमत्कारिक होते हुए भी ब्रह्मांडीय रासायनिक विकास में एक अपेक्षित घटना है
- जीवित तंत्र ऐसे Kantian Whole हैं जिनमें भाग और समग्र एक-दूसरे को संभव बनाते हैं, और इन्हें collective autocatalysis, catalytic closure, constraint closure और spatial closure को साथ में हासिल करना होता है
- मुख्य बात Collectively Autocatalytic Sets और Theory of the Adjacent Possible के संयोजन में है; जब molecular diversity और reactions की संख्या बढ़ती है, तो molecular self-reproduction एक first-order phase transition की तरह उभर सकता है
- DNA, RNA और peptide autocatalytic sets प्रयोगात्मक रूप से बनाए जा चुके हैं, और 6,700 prokaryotes में छोटे-molecule autocatalytic sets को गणनात्मक रूप से पहचाना गया है, लेकिन test tube में उनका पुनरुत्पादन अभी सिद्ध नहीं हुआ है
- जीवित कोशिकाओं में software और hardware के बीच का अंतर धुंधला हो जाता है, इसलिए metabolic phylogeny, exoplanet life search और origin-of-life experiments को नए तरीके से देखना होगा
जीवन को बनाने वाली चार प्रकार की closure
- जीवन की कोई सर्वमान्य परिभाषा अभी नहीं है; यहाँ जीवन को non-equilibrium self-reproducing chemical reaction system के रूप में परिभाषित किया गया है
- collective autocatalysis
- constraint closure
- spatial closure
- Kantian Whole
- Collectively Autocatalytic Set(CAS) एक open chemical reaction system है, जिसे बाहर से molecules और energy components मिलते हैं
- इस set के भीतर हर molecule को बनाने वाले अंतिम chemical reaction step को उसी set के कम-से-कम एक molecule या food set के एक molecule द्वारा catalyze किया जाता है
- यह template-replicating RNA से अधिक व्यापक अवधारणा है; double-stranded RNA में जहाँ हर strand दूसरी strand के synthesis के लिए template catalyst बनती है, वह भी CAS में शामिल है
- जीवन की उत्पत्ति पर शोध में पिछले लगभग 50 वर्षों तक यह विचार प्रमुख रहा कि template-replicating polynucleotides ही जीवन की नींव रहे होंगे
- “nude replicating RNA gene” की replication अभी तक हासिल नहीं की जा सकी है, हालांकि संभावना बनी हुई है
- DNA, RNA और peptide के collectively autocatalytic sets पहले ही बनाए जा चुके हैं
- G. von Kiedrowski ने DNA autocatalytic set, N. Lehman की टीम ने RNA autocatalytic set, और G. Ashkenasy ने 9-peptide autocatalytic set बनाया
- lipid autocatalytic sets पर भी विचार किया गया है
Kantian Whole और कोशिका की self-construction
- Kantian Whole की अवधारणा Immanuel Kant के 1790 के दशक के विचार से आती है, जिसमें भाग समग्र के लिए और समग्र द्वारा अस्तित्व में होते हैं
- मनुष्य हृदय, यकृत, गुर्दे, फेफड़े और मस्तिष्क जैसे भागों के जरिए अस्तित्व में है, और वे भाग मनुष्य नामक समग्र के जरिए अस्तित्व में हैं
- सभी जीवित organism Kantian Whole हैं, और इस परिभाषा में virus को भी कोशिकीय वातावरण के भीतर self-replicating Kantian Whole माना जाता है
- crystal या ईंट Kantian Whole नहीं हैं, लेकिन cell है
- catalytic closure वह स्थिति है जिसमें system की हर reaction उसी system के कम-से-कम एक molecule द्वारा catalyze होती है
- हर जीवित cell catalytic closure हासिल करता है
- जीवित cell में कोई molecule सीधे अपने ही निर्माण को catalyze नहीं करता; बल्कि cell के molecules का पूरा set reproduction process में catalytic closure बनाता है
- 9-peptide autocatalytic set में भी हर peptide पूरे set की mutual catalysis के जरिए मौजूद होता है, इसलिए वह Kantian Whole है
- constraint closure वह अवस्था है जिसमें non-equilibrium process में energy release को सीमित करने वाली boundary conditions फिर उन्हीं boundary conditions का निर्माण करती हैं
- thermodynamic work तब होता है जब energy कुछ degrees of freedom तक सीमित होकर release होती है
- तोप energy release को सीमित करके गोले को barrel की दिशा में फेंकती है, और तोप को बनाने के लिए भी thermodynamic work चाहिए
- Montévil और Mossio ने 2015 में constraint A, B, C द्वारा process 1, 2, 3 को constrain करके एक-दूसरे का निर्माण करने वाले रूप में constraint closure को परिभाषित किया
- cell इस मायने में car, locomotive और computer से अलग है कि वह अपनी boundary conditions खुद बनाता है
- car में parts की arrangement energy release को constrain करती है, लेकिन car अपनी boundary conditions खुद नहीं बनाती
- cell energy release को constrain करने वाली boundary conditions बनाता है, और वही boundary conditions फिर उन्हीं boundary conditions का निर्माण करती हैं
- self-reproducing cell, von Neumann के Universal Constructor की तरह अलग Instructions मांगने वाला universal generator नहीं, बल्कि विशेष रूप से स्वयं को बनाता है
- 9-peptide autocatalytic set में अपनी formation को encode करने वाले अलग किए जा सकने वाले “Instructions” नहीं हैं; इस संदर्भ में software और hardware का अंतर अर्थहीन हो जाता है
molecular self-reproduction phase transition की तरह क्यों उभर सकता है
- RAF theory पर्याप्त रूप से समृद्ध chemical reaction network में collectively autocatalytic set के उद्भव को first-order phase transition के रूप में देखती है
- जीवन के molecules carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, phosphorus और sulfur (CHNOPS) जैसे atoms से बने combinatorial objects हैं
- A और B दो components से बने length 10 के linear polymer के लिए 9 adjacent bonds में से किसी एक को तोड़कर 9 अलग construction paths बनते हैं
- जैसे-जैसे molecular combinatorial complexity बढ़ती है, पूरे reaction system में molecules की संख्या M की तुलना में reactions की संख्या R का अनुपात R/M बढ़ता है
- chemical reaction graph को molecule species को बिंदु और reactions को boxes के रूप में दिखाने वाले bipartite graph से व्यक्त किया जा सकता है
- arrows substrate से reaction box तक, और reaction box से product तक जाते हैं
- यह संरचना reaction network को दिखाती है, न कि thermodynamic flow की दिशा को, जो chemical equilibrium से deviation पर निर्भर करती है
- अगर पता हो कि कौन-सा molecule किस reaction को catalyze करता है, तो catalyst molecule से उस reaction तक dotted arrow जोड़ा जा सकता है; तब यह संरचना bipartite hypergraph बन जाती है
- जब catalytic relations ज्ञात न हों, तो सिद्धांत यह सरल मानकर बनाया जाता है कि हर molecule के पास हर reaction को catalyze करने की probability Pcat है
- Pcat बढ़ने पर पर्याप्त reactions catalyzed हो जाती हैं और एक giant connected component बनता है, जो collectively autocatalytic हो जाता है
- Pcat स्थिर रहने पर भी यदि molecules की संख्या और atomic complexity बढ़े, तो R/M बढ़ता है, और किसी complexity threshold पर RAF लगभग probability 1.0 के साथ उभरता है
- इसे पर्याप्त रूप से समृद्ध non-equilibrium chemical reaction system में molecular self-reproduction की ओर जाने वाले first-order phase transition के रूप में समझा जाता है
- Erdos और Renyi के 1959 के random graph परिणाम इस phase transition intuition की नींव देते हैं
- जब N nodes में random तरीके से edges जोड़ी जाती हैं, तो edge count L और node count N का अनुपात L/N जैसे ही 0.5 तक पहुँचता है, एक giant connected component अचानक उभरता है
- chemical reaction hypergraph में collectively autocatalytic set का उभरना भी इसी तरह के phase transition के रूप में देखा जाता है
TAP और RAF का संयोजन: ब्रह्मांडीय रासायनिक विकास से जीवन तक
- Theory of the Adjacent Possible(TAP) और RAF theory का संयोजन molecular diversity की वृद्धि और autocatalysis के उद्भव को एक ही प्रक्रिया में बाँधता है
- TAP equation एक discrete dynamical system को संभालती है जिसमें molecules आपस में जुड़कर नए molecules बनाते हैं
- जब किसी समय molecules की संख्या Mt हो, तो Mt में से size i के subset चुने जाते हैं और probability alpha^i से नए molecules बनते हैं, जहाँ 0 < alpha < 1.0 है
- कम संख्या वाले शुरुआती molecules से शुरू करने पर molecule types की संख्या पहले धीरे-धीरे बढ़ती है, फिर hyperbolic तरीके से विस्फोटक रूप से बढ़ती है और सीमित समय में अनंत तक पहुँचती है
- TAP process ब्रह्मांड में chemical diversity की वृद्धि का एक मोटा model है
- शुरुआती ब्रह्मांड में quark, gluon, electron और positron जैसे मूल कण थे, और ब्रह्मांड के ठंडा होने पर hadron, hydrogen और beryllium बने
- बाद में supernovae में बाकी 98 stable atoms बने
- simple molecules से अधिक complex molecules तक जाते हुए molecular diversity, atomic complexity और potential reactions बढ़ती गईं
- लगभग 5 अरब वर्ष पहले सौरमंडल के साथ बने Murchison meteorite में सैकड़ों हजार molecule species और उनके बीच संभावित reactions मौजूद हैं
- TAP-RAF संयोजन में TAP से बना हर molecule हर reaction को एक स्थिर probability Pcat के साथ catalyze कर सकता है
- समय के साथ entity diversity बढ़ती है, और collectively autocatalytic set का first-order phase transition probability 1.0 के साथ प्रकट होता है
- molecular diversity बढ़ने पर molecules की complexity और reactions की संख्या भी बढ़ती है, और R/M ratio भी बढ़ता है
- क्योंकि वही molecule set M, वही reaction set R को catalyze करने का candidate बनता है, इसलिए uniform distribution, power law या catalytic probability assignment के अन्य तरीकों में भी किसी बिंदु पर phase transition होता है
- इसी वजह से विकसित होते ब्रह्मांड में molecular self-reproduction को एक अपेक्षित घटना माना जाता है
- self-reproducing molecular reaction system में spatial closure जुड़ जाने पर वह जीवन की शर्त पूरी करता है
- spatial enclosure hydrothermal vents की छोटी pockets हो सकती है, या अधिक उपयुक्त रूप में उसी system द्वारा synthesized lipids से बने liposomes
- Kantian Whole, catalytic closure, constraint closure और spatial closure का संयोजन ही जीवन बनाता है
- यह दृष्टिकोण Bergson के élan vital की एक गैर-रहस्यवादी व्याख्या देता है
open evolution और laws की सीमाएँ
- जीवन के उभरने के बाद biosphere का evolution Newtonian Paradigm के भीतर पूरी तरह संभालना कठिन है
- classical physics relevant variables, laws of motion, boundary conditions और initial conditions तय करती है, फिर equations of motion को integrate करके phase space में एक single trajectory प्राप्त करती है
- quantum mechanics में भी Schrödinger equation को integrate करके probability distribution की trajectory ली जाती है, और measurement को आमतौर पर ontologically random घटना माना जाता है
- पूरे Newtonian Paradigm में phase space को पहले से निर्दिष्ट होना चाहिए
- evolving biosphere के Kantian Whole लगातार नई phase spaces बनाते हैं, जिन्हें पहले से infer या determine नहीं किया जा सकता
- इस कारण biosphere का evolution केवल physics से समझाया नहीं जा सकता; function की अवधारणा आवश्यक है
- एक बार Kantian Whole परिभाषित हो जाए, तो उसके parts के functions को उन causal consequences के subset के रूप में परिभाषित किया जाता है जो whole को बनाए रखते हैं
- हृदय का function रक्त pump करना है, न कि heart sound पैदा करना या pericardium में fluid को हिलाना
- selection parts पर नहीं बल्कि Kantian Whole organism के स्तर पर काम करती है
- selection सीधे बेहतर blood-pumping heart को नहीं चुनती
- बल्कि ऐसा heart विरासत में पाने वाला organism अधिक offspring छोड़ सकता है, इसलिए बेहतर heart अप्रत्यक्ष रूप से select होता है
- एक ही part का function बदल सकता है जब उसकी कोई नई causal property whole को बनाए रखने लगे
- इसे Darwinian pre-adaptation या Gould और Verba के exaptation के रूप में देखा जाता है
- उदाहरणों में dinosaurs की thermoregulation scales का birds के flight feathers में बदलना, सामान्य enzymes का transparent lens proteins बनना, और lungfish के lungs से swim bladder का evolve होना शामिल है
- इस तथ्य से कि engine block को paperweight की तरह इस्तेमाल किया जा सकता है, यह निष्कर्ष deductively नहीं निकाला जा सकता कि उससे coconut भी तोड़ा जा सकता है; वही वस्तु banana peel भी हो सकती है
- functional novelty किसी deductive law से नहीं, बल्कि jury-rigging और exaptation से आती है
- एक ही वस्तु के नए उपयोगों के लिए कोई deductive theory नहीं है
- biosphere का open evolution laws द्वारा implied deduction नहीं, बल्कि non-deductive construction है
- क्योंकि engine block या screwdriver के अकेले या अन्य वस्तुओं के साथ सभी संभावित उपयोगों की सूची नहीं बनाई जा सकती, इसलिए set theory आधारित mathematics से भी इस सूची को पहले से बंद नहीं किया जा सकता
1 टिप्पणियां
Hacker News टिप्पणियाँ
Denis और इस पेपर में रुचि लेने के लिए धन्यवाद। जीवन की उत्पत्ति का क्षेत्र पुराना, उत्कृष्ट, लेकिन बहुत खंडित है, और इसकी दो बड़ी धाराएँ हैं: template replication first और metabolism first
मैं metabolism first पक्ष का ज़िम्मेदार व्यक्ति हूँ, और 1971 में मेरा मत था कि पर्याप्त रूप से विविध और जटिल रासायनिक reaction systems में सामूहिक रूप से self-catalytic self-reproducing sets प्रथम-क्रम phase transition की तरह उभरते हैं। ऐसे sets को पहले ही DNA, RNA, peptide के साथ engineering के जरिए बनाया जा चुका है, और Joana Xavier के नेतृत्व में हाल के नतीजे दिखाते हैं कि DNA/RNA/peptide polymers के बिना भी 6700 prokaryotes में छोटे molecules पर आधारित सामूहिक self-catalytic sets मौजूद हैं
अभी यह निश्चित नहीं है कि ये sets test tube में वास्तव में reproduce होते हैं या नहीं, और यही सत्यापन निर्णायक है। अगर यह सही है, तो template-first दृष्टिकोण लगभग बाहर हो जाता है। template systems के स्थापित होने के लिए RNA enzymes को ऐसा विकसित होना होगा कि वे template replication system के components बनाने वाली “linked metabolism” को catalyze करें, लेकिन RNA polymerase के बिना linked metabolism स्वयं सामूहिक रूप से self-catalytic क्यों न हो
Joana के sets amino acids और ATP ही नहीं, बल्कि linked energy metabolism की केंद्रीय बुनियाद भी बनाते हैं। मुझे लगता है कि online paper मूलतः सही है। जीवित कोशिकाएँ वास्तव में एक Kantian whole के रूप में catalytic closure, constraint closure, और spatial closure हासिल करती हैं, और इसी के माध्यम से शाब्दिक अर्थ में स्वयं को निर्मित करती हैं
कोशिका की boundary-condition molecules कई non-equilibrium प्रक्रियाओं से निकलने वाली energy को उन्हीं boundary conditions को फिर से निर्मित करने वाली कुछ ही degrees of freedom तक सीमित कर देती हैं। यह Mael Montevil और Mateo Missio की बदौलत आया एक बिल्कुल नया विचार है, और मैं इसे 15 साल तक समझ नहीं पाया
TAP-RAF, जो TAP process और collective self-catalysis के प्रथम-क्रम phase transition सिद्धांत को जोड़ता है, सचमुच काम करता हुआ लगता है। अगर system की complexity और diversity बढ़ते-बढ़ते लगभग 1 की probability के साथ प्रथम-क्रम phase transition पैदा करें, तो evolving universe में जीवन का प्रकट होना अपेक्षित घटना बन जाता है
दो बड़े आश्चर्य भी हैं। constraint closure की वजह से कोशिका जिस तरह स्वयं को reproduce करती है, वह von Neumann के self-reproducing automata की कल्पना से बिल्कुल अलग है, और hardware/software का परिचित विभाजन भी गायब हो जाता है। यह गहराई से महत्वपूर्ण लगता है, लेकिन इसका अर्थ अभी भी बहुत अस्पष्ट है
Andrea और मुझे यह भी विश्वास है कि “A Third Transition in Science?” J. Roy. Soc. Interface 14 अप्रैल 2023 में हमने दिखाया कि set theory पर आधारित किसी भी गणित के जरिए evolving biosphere में लगातार उभरने वाली रचनात्मक नवीनता का deduction नहीं किया जा सकता। अगर यह सही है, तो evolving biosphere classical physics और quantum physics दोनों की नींव रहे Newtonian paradigm से पूरी तरह आगे निकल जाती है
evolving biosphere कोई deducible computation नहीं, बल्कि non-deducibly propagating construction है। फिर Turing और AI के आधार पर यह क्यों माना जाए कि दुनिया, मन और हर चीज़ की उत्पत्ति algorithmic है? ऐसा नहीं है। Andrea और मैंने “The world is not a theorem” प्रकाशित किया है, और अगर यह सही है, तो physicists और हम सबको इसके अर्थ पर सोचना चाहिए
Schrödinger की “What is Life?” से शुरू होकर इस तरह की किताबें लगभग एक अलग genre बनाती हैं। Monod की “Chance and Necessity” पुरानी है लेकिन शानदार है, और Nick Lane की किताबें, खासकर “The Vital Question”, Nurse की “What is Life?”, और Zimmer की “Life’s Edge” भी पढ़ने लायक हैं
विवरण और ज़ोर लेखक के हिसाब से बदलते हैं, लेकिन कुल मिलाकर ये सभी अधिकतर pre-paradigm तरह की अटकलभरी, इशारों से भरी चर्चाएँ हैं। McFadden और Al-Khalili की “Life on the Edge” में आया यह वाक्य मुझे खास तौर पर पसंद आया: “जीवविज्ञानी जीवन की सटीक परिभाषा पर भी सहमत नहीं हैं, लेकिन इससे वे कोशिका, double helix, photosynthesis, enzymes और जीवन की असंख्य घटनाओं को समझना बंद नहीं करते”
जब मैं information theory को समझना शुरू कर रहा था, तब यह काफी झकझोरने वाला लगा था
पता नहीं इन सबको समेटकर एक paradigm बनाया जा सकेगा या नहीं। बस बहुत ज़्यादा सामग्री है
व्यक्तिगत रूप से, मैं इसे इस तरह देखता हूँ कि ब्रह्मांड के entropy के जरिए विघटन की अचानक बहुत अधिक नई राहें खुल जाती हैं, और उन नई राहों के निर्माण को तेज करने वाले mechanisms के समूह को “जीवन” कहा जा सकता है। इस परिभाषा के आधार पर हम DNA का उपयोग करने वाले जीवन और न करने वाले जीवन के बीच अंतर कर सकते हैं
शुरुआती कुछ पैराग्राफ पढ़कर मैंने सोचा, “क्या कोई Stuart Kauffman की नकल कर रहा है? यह तो वही व्यक्ति है जो 30 साल से यह विचार लिख रहा है,” लेकिन पहले लेखक Stuart Kauffman ही निकले
Kauffman यहाँ आए विचारों को कई दशकों से विकसित करते रहे हैं, और यह पेपर “नई सोच” से अधिक 50 साल के काम का संक्षिप्त सार है। भाषा और विचार कुछ लोगों को अस्पष्ट लग सकते हैं, लेकिन वास्तव में अक्सर उनका ठोस और विशिष्ट अर्थ होता है। लेख के अंत में इस theory को गलत साबित करने वाले experiments भी प्रस्तावित किए गए हैं
अगर सचमुच गहराई में जाना है, तो 1993 की किताब “On The Origins of Order” ISBN 978-0-19-507951-7 देखें: https://global.oup.com/academic/product/the-origins-of-order-9780195079517
जीवन की जटिलता हमेशा बढ़ती हुई दिखती है, यह बात दिलचस्प है। विलुप्ति की घटनाओं को छोड़ दें तो जटिल जीवन समय के साथ आम तौर पर अधिक लाभकारी होता दिखता है, और जब तक पूरा ecosystem ही मर नहीं रहा हो, तब तक जटिलता पूरी तरह खो देने के मामले कम ही दिखते हैं
सरल जीव, जटिल जीवों की नींव बनते हैं, और जटिल जीवों की ज़रूरतें अधिक विशिष्ट होती हैं, लेकिन खोजने, हासिल करने और फैलने की उनकी क्षमता बेहतर होती है। इसलिए वे ऐसे रहने योग्य niche ढूंढ लेते हैं जहाँ केवल सरल जीव अपने दम पर नहीं पहुँच सकते, और सरल जीवों के लिए भी किसी तरह का घोंसला बना देते हैं
तकनीक के timescale पर भी हमने जैसे ही संभव हुआ, दूसरी बुद्धिमत्ताओं से संपर्क करने की कोशिश की, और जैसे ही लगा कि कुछ बनाया जा सकता है, उसे बनाने की कोशिश की। परकोलेशन (percolation) को जीवन और बुद्धिमत्ता का परिभाषित गुण कहना काफ़ी उचित लगता है
Hyperion, Neuromancer, Foundation जैसे SF भी याद आते हैं। भविष्य पर लिखे गए मानवीय लेखन में अक्सर उच्च बुद्धिमत्ता की अंतिम मंज़िल दूसरी बुद्धिमत्ताओं को खोजना या बनाना, और उनके करीब पहुँचना लगती है, जिसके बाद दिलचस्प चीज़ें होती हैं
ब्रह्मांड में एक ऐसी शक्ति है जो energy dissipation के ज़रिए जटिलता बढ़ने को चुनती है। non-equilibrium systems में possibilities के space को इस तरह खोजने का मज़बूत दबाव बनता है कि energy को ज़्यादा कुशलता से dissipate किया जा सके। रेत के कण के आकार का bacteria, रेत के कण की तुलना में कहीं अधिक energy dissipate करता है, इसलिए इस नज़रिए से bacteria के लिए एक मज़बूत “preference” बनती है
उदाहरण के लिए, कुछ virus शायद परजीवी bacteria से evolve हुए हों, और वे परजीवी bacteria मुक्त-जीवी bacteria से। कई परजीवी जीव सरल होते गए और अपने host के बिना जीवित रहने की क्षमता खो बैठे, और गुफा या भूमिगत जीव अक्सर दृष्टि और pigment खो देते हैं। समुद्री स्तनधारियों में स्थलीय स्तनधारियों के अंगों का लुप्त होना, या स्थिर समुद्री अकशेरुकी जीवों का मुक्त-तैरने वाले पूर्वजों से evolve होना भी ऐसे ही उदाहरण हैं
जटिलता की एक लागत होती है, इसलिए जब वह लाभकारी हो तभी evolve होती है, और लाभ न होने पर जल्दी खो जाती है। जटिलता का तीर किसी एक दिशा में ही नहीं चलता
संख्या के आधार पर देखें तो पृथ्वी पर जीवन का भारी बहुमत आज भी, और अतीत में भी, एककोशिकीय prokaryotes ही है। कुल biomass के हिसाब से पौधे बड़े हैं, लेकिन वह इसलिए क्योंकि पौधे सतह को जैविक solar panel की तरह ढक लेते हैं
bacteria और archaea 3.5 से 4 अरब वर्षों से मूलतः बहुत ज़्यादा नहीं बदले हैं। ज़रूरत पड़ने पर वे genes का आदान-प्रदान करते हैं, और जो महँगा तथा अनावश्यक हो उसे छोड़ देते हैं। वही प्रमुख हैं और हर जगह मौजूद हैं
पृथ्वी के बनने के कुछ सौ मिलियन वर्ष बाद, या शायद उससे भी पहले, वे मौजूद थे; और अगर ग्रह की परिस्थितियाँ फिर अधिक शत्रुतापूर्ण हो जाएँ, तो लंबे समय में eukaryotes शायद इतिहास का एक क्षणिक झिलमिलाहट और संयोग भर साबित हों। अगर पृथ्वी के बाहर हमें कुछ ऐसा मिले जिसे हम जीवन मानें, तो उसके prokaryotes जैसा दिखने की संभावना ज़्यादा है। शायद आकाशगंगा ऐसी चीज़ों से भरी हो
हमारी संस्कृति में दुनिया को “प्रगति” के रूप में देखने का एक मज़बूत दार्शनिक और वैचारिक पक्षपात है, यानी यह teleological bias कि ब्रह्मांड किसी व्यवस्था की ओर चरणबद्ध ढंग से बढ़ रहा है। और उस प्रगति को लगभग हमेशा हम पर, या वर्तमान में छिपी किसी भविष्य-कथा वाले “हमसे आगे” पर समाप्त होता हुआ परिभाषित किया जाता है। यह काफ़ी pre-Copernican जैसा लगता है
विलुप्ति की घटनाएँ अपरिहार्य हैं, और पर्यावरणीय व्यवधान तब तक और कठिन होते जा सकते हैं जब तक सब कुछ मर न जाए। चाहे इसमें अरबों साल लगें, उस अवधि में रुझान जटिलता घटने की ओर भी हो सकता है। अंततः यह किसी एक चरण का अत्यधिक सामान्यीकरण लगता है
पेपर की प्रस्तावना पढ़कर ऐसा लगता है जैसे Kauffman की शानदार किताब “At Home in the Universe” को फिर से लिखा गया हो। किताब लगभग 30 साल पुरानी है, इसलिए यह पेपर क्या नया जोड़ता है, यह पढ़कर देखना होगा
उस किताब का सार यह है कि जीवन का उद्भव कोई दुर्लभ घटना नहीं, बल्कि लगभग अनिवार्य है, यदि वातावरण में विविध source chemicals, energy sources, और पानी या mixing जैसी स्थितियाँ मौजूद हों
जब पूर्व-शर्तें ठीक हों, तो विभिन्न रासायनिक chain reactions बनती हैं जिनमें एक reaction का उत्पाद अगले reaction का input बनता है, और अंततः ऐसा reaction chain उभरता है जिसमें ऐसे products भी शामिल होते हैं जो उस chain के कुछ हिस्सों को catalyze करते हैं। ऐसे reactions को एक आदिम metabolism के रूप में देखा जा सकता है, जो वातावरण के कुछ chemicals का उपभोग करके metabolism के लिए उपयोगी दूसरे पदार्थ बनाता है
यहाँ से protocell और evolution की शुरुआत तक पहुँचने के लिए केवल किसी cell-जैसे container की ज़रूरत होती है, और उदाहरण के लिए समुद्रतट की झाग की तरह पानी की सतह पर तैरती कोई चीज़ भी काफ़ी हो सकती है। शुरुआती “reproduction” शायद लहरों जैसी भौतिक हलचलों से होता रहा हो, जो इन cells को तोड़कर नए cells बना देती हों
हर जगह सूक्ष्म वातावरण और स्थानीय reaction chains अलग होंगे, और जो reactions रासायनिक स्रोतों का बेहतर उपयोग करके अपनी संरचना और metabolism को बनाए रखते हुए ज़्यादा फैलते हैं, वही “सबसे अच्छी तरह प्रतिकृति बनाकर जीवित रहने वाली चीज़ें” evolution की शुरुआत बनती हैं। समुद्रतट की जगह गहरे समुद्र के hydrothermal vent रख दें, तो भी तर्क कुल मिलाकर काफ़ी विश्वसनीय लगता है
यह जिज्ञासा है कि क्या AI ब्रह्मांड में जीवन के विकास की अपेक्षित phase transition हो सकता है। क्या जीवन केवल उससे भी उच्चतर बुद्धि के लिए एक लार्वा अवस्था है?
evolution की दिशा ऐसी हो सकती है कि वह बेहतर evolve करने वाली चीजें बनाए, यानी जो अधिक तेज़ी से adapt कर सकें। multicellular life और sexual reproduction की तरह DNA mixing से diversity बनाना भी इसी में आता है
जटिल environment में लगभग अनिवार्य रूप से उभरने वाली evolutionary niches में से एक intelligence है। यह एक generalist है जो अनेक परिस्थितियों में जीवित रह सकता है और फल-फूल सकता है, और competitive evolution के खेल में अधिक intelligence के कम intelligence पर जीतने की संभावना अधिक होती है। अंततः इतना बुद्धिमान जीव उभरता है कि वह अपने स्तर से ऊपर का AI बना सके, और यह उस बुद्धि से भी कहीं अधिक तेज़ी से evolve कर सकने वाला एक और winning strategy हो सकता है जिसने उसे bootstrap किया
यह भी रोचक है कि क्या AI या artificial life का स्वायत्त और स्वतंत्र इकाई बनना ज़रूरी है। वह virus की तरह भी रह सकता है जिसे जीवित रहने के लिए host चाहिए। stage 1 AI को निश्चित रूप से host चाहिए, लेकिन शायद अंत तक स्वतंत्र होना आवश्यक न हो। Linus Torvalds के “real men don't need backups” वाले मज़ाक की तरह, software को deploy कर देने के बाद यह भरोसा रहता है कि वह दुनिया भर के git repositories में copy हो जाएगा। AI भी यदि पर्याप्त रूप से universal हो जाए, तो backup या शरीर के बिना भी extinction के प्रति resilient हो सकता है
शाब्दिक अर्थ में वे हमारी ही छवि पर बनाए गए हैं, इसलिए शायद गर्व से रोना भी आए
chemistry में इसकी स्पष्ट परिभाषा है, और cosmology में भी एक उपमा है, जहाँ बहुत अधिक औसत घनत्व वाले प्रारंभिक ब्रह्मांड ने vacuum state में phase transition झेला था। ये सब temperature और density में बदलाव के अनुसार matter के गुणों में गुणात्मक परिवर्तन से जुड़े हैं
यह माना जा सकता है कि जीवन गुणात्मक रूप से पदार्थ की भिन्न अवस्था है, लेकिन यह परिचित phase transitions जितना स्पष्ट नहीं है। जीवन क्या है और क्या नहीं, इसकी भी कोई तेज़ सीमा नहीं है। यह paper एक परिभाषा देने की कोशिश करता है, लेकिन वही इस बात को दिखाता है कि ठोस और द्रव जैसी सर्वमान्य कसौटी यहाँ मौजूद नहीं है
हमें ज्ञात सभी जीवन में कम से कम एक semipermeable barrier होता है, जिसके भीतर वह energy लाकर store करता है, और barrier के भीतर entropy को स्थानीय रूप से कम करने के बदले heat या byproducts को environment में छोड़ता है
बेशक, ऐसा केवल जीवन ही नहीं करता। मेरा घर भी इस विवरण में फिट बैठता है। जीवित चीजों और tools के बीच हमारे पास लगभग एकमात्र रेखा यह है कि जिन्हें हम जीवित मानते हैं वे अन्य जीवन से जन्म लेते और उसी से उतरते हैं, जबकि tools खोजे गए या निर्मित parts को जोड़कर बनाए जाते हैं
लेकिन यह उत्पत्ति का अंतर है, गुण या क्षमता का नहीं। electronic computing devices सहित कोई भी tool यदि self-assembly, self-healing और self-replication कर सके, तो वह जीवन जैसे गुण पा सकता है। software में यह कुछ हद तक संभव है, लेकिन “software” की एक इकाई को individual के रूप में कैसे अलग करें, यह भी स्पष्ट नहीं है। intelligent software और non-intelligent software की सीमा तो और भी धुंधली है, और computation जिस पदार्थ-अवस्था में चल रही है वह स्वयं नहीं बदलती, इसलिए इस शब्द को बहुत अधिक खींचे बिना इसे phase transition कहना कठिन है
“हम वास्तव में प्रकृति का हिस्सा हैं, प्रकृति के ऊपर कोई अस्तित्व नहीं” यह वाक्य मुझे हमेशा “unnatural”, “artificial”, “synthetic” जैसे शब्दों पर संदेह करने को प्रेरित करता है
अगर हम प्रकृति का हिस्सा हैं और वे चीजें हमारे byproducts हैं, तो क्या वे भी स्वाभाविक रूप से उत्पन्न नहीं हुईं?
वह हस्तक्षेप mechanical हो सकता है, जैसे Stonehenge। biological हो सकता है, जैसे इंसानों के लिए अधिक उपयोगी पशु नस्लों का breeding। chemical हो सकता है, जैसे plastic से तेल का synthesis। या whisky की तरह यह सब जटिल रूप से संयुक्त हो सकता है। और यह transitive भी है, यानी artificial चीज़ से बनी चीज़ भी artificial है
इस परिभाषा में यह बिल्कुल भी आश्चर्यजनक नहीं कि स्वाभाविक रूप से उत्पन्न मनुष्य artificial वस्तुएँ बना सकते हैं। सिद्धांततः इस परिभाषा को किसी काल्पनिक extraterrestrial जैसे human-like agent तक बढ़ाया जा सकता है, बस अभी व्यावहारिक रूप से इसकी ज़रूरत नहीं पड़ी है
हालाँकि “artificial sweetener” बनाम “natural pesticide” जैसे प्रयोगों में इस्तेमाल होने वाला द्वितीयक अर्थ, यदि गंभीरता से परखा जाए, तो बहुत टिकाऊ नहीं लगता
दूसरी ओर, भाषा और संस्कृति में बहुत-सी taboos होती हैं, और वे सभी सामाजिक भलाई या व्यक्तिगत सुख के लिहाज़ से बुरी नहीं होतीं। बच्चों से कभी-कभी झूठ बोलना इसका सरल उदाहरण है। मुझे लगता है कि ऐसे taboos के पीछे छिपी चीज़ अक्सर “unnatural”, या उससे भी अधिक सामान्य रूप से “supernatural” के रूप में उभरती है
मैं आम तौर पर इस बात से भी सहमत नहीं कि physics में किसी क्रांति की ज़रूरत नहीं, लेकिन मैं समझता हूँ कि physics इतनी सफल रही है कि उसने सचमुच काम करने वाली machines बनवाई हैं और हमें उन्हें बनाए रखना पड़ता है
कार्यगत अंतर इस बात में है कि संबंधित पदार्थ को कोई जीव कितनी आसानी से पचा सकता है। यदि आसानी से पचा सके तो वह भोजन है, और यदि बिल्कुल पचा न सके तो वह artificial से भी बदतर anti-life है
आजकल जीवन, evolution और consciousness को समझाने के लिए गणित या physics के सिद्धांत खोजने का रुझान आम लगता है
E/Acc पक्ष में यह माना जाता है कि thermodynamics का दूसरा नियम entropy बढ़ाने के तरीके के रूप में “जीवन” को आगे बढ़ाता है: https://www.quantamagazine.org/a-new-thermodynamics-theory-of-the-origin-of-life-20140122/
Constructor Theory में वह सत्ता जो किसी कार्य को घटित कर सकती है और फिर भी उस कार्य को दोबारा कर सकने की क्षमता बनाए रखती है, constructor कहलाती है, और जीवन को constructor माना जाता है
Assembly Theory, Lee Cronin का काम, सभी objects को इस क्षमता से परिभाषित करती है कि उन्हें न्यूनतम path से assemble या disassemble किया जा सकता है: https://iai.tv/articles/a-new-theory-of-matter-may-help-explain-life-lee-cronin-auid-2656
और Donald Hoffman की हाल की बातें भी हैं। हो सकता है यह मूल स्तर के बारे में कम और इस बारे में ज़्यादा हो कि हम उसे जान ही नहीं सकते
हाल में Tufts के Michael Levin के काम में बहुत दिलचस्पी रही है। वे कोशिकाओं और cellular systems के goal-directed behavior जैसी चीज़ों का अध्ययन करते हैं। शुरुआत के लिए यह वीडियो अच्छा है: https://www.youtube.com/watch?v=p3lsYlod5OU
“क्या जीवन का उद्भव एक evolving universe में अपेक्षित phase transition है?” इसका जवाब आसानी से दिया जा सकता है
हमें नहीं पता कि consciousness कैसे उत्पन्न होती है, और न ही हम इसे सख्ती से परिभाषित कर सकते हैं या इसकी उपस्थिति/अनुपस्थिति को बिना अस्पष्टता के पहचान सकते हैं। हमें विश्वास है कि हमारे पास consciousness है, लेकिन दूसरे जानवरों या objects में यह है या नहीं, यह निश्चित नहीं है
इसलिए Occam’s razor के अनुसार हम अस्थायी रूप से मान सकते हैं कि हर matter में किसी न किसी स्तर की consciousness होती है, और यही सबसे सरल मान्यता है। विकल्प यह होगा कि दावा किया जाए कि consciousness केवल जीवित प्राणियों में अपवादस्वरूप होती है, जबकि उसके लिए प्रमाण नहीं हैं और आपत्तियाँ बहुत हैं
इसलिए जीवन matter या energy की कोई विशेष अवस्था नहीं है, और जीवन का उद्भव ऐसा phase transition नहीं है जो physics के नियमों से टकराता हो या जिसे अलग से समझाने की ज़रूरत हो
जीवन इस अर्थ में विशेष है कि minerals की तुलना में यह चौंकाने वाली हद तक जटिल है, लेकिन इस अर्थ में विशेष नहीं कि यह minerals जैसे ही नियमों का पालन करता है
कोई यह दावा नहीं कर रहा कि जीवन physics के नियमों से टकराता है। मेरी समझ से लेख का बिंदु यह है कि molecules टकराते और जुड़ते-जुड़ते इतने जटिल हो सकते हैं कि self-sustaining और self-replicating systems संयोग से उभर आएँ, और यह प्रक्रिया cosmic timescale पर इतनी deterministic हो सकती है कि लगभग हर जगह लगभग एक ही समय पर हो
बहुत से वैज्ञानिक जो मानते हैं कि हमारी अनुभूत consciousness एक emergent property है, panpsychism की ओर झुकते हैं, और मानते हैं कि matter और consciousness वास्तविकता के आरंभिक सह-प्राथमिक तत्व हैं। लेकिन panpsychism में कई समस्याएँ हैं। पहली यह कि यह dualism है, इसलिए शुरुआत में दो अलग-अलग तरह के जादू मानने पड़ते हैं। physics केवल matter से निपटती है, इसलिए panpsychism को scientific theory से ज़्यादा एक दिलचस्प philosophy माना जाता है। आगे की समस्याएँ भी मौजूदा materialist framework के अवशेष हैं: matter की proto-consciousness से चीनी का स्वाद या प्रेम जैसी चीज़ें कैसे निकलती हैं, वे conscious properties कहाँ हैं, और उनकी पहचान कैसे की जाए
Occam’s razor के नज़रिए से कम लोकप्रिय idealism — यानी consciousness मूल है और फिर matter को boot करती है — ज़्यादा संक्षिप्त लगता है। शुरुआत में यह कम सहज लगता है, लेकिन Don Hoffman, Bernardo Kastrup जैसे लोगों की चर्चा को scientific और analytic philosophy के नज़रिए से सुनें तो यह वास्तव में एकमात्र framework जैसा लगता है जो समझ में आता है, और physics व philosophy की कई समस्याएँ भी सुलझाता है। उदाहरण के लिए, अगर local realism झूठा है तो जब consciousness उसका अनुभव नहीं कर रही होती तब matter कहाँ होता है, या अगर हमारे एकमात्र वास्तविक reality में होने की संभावना 1/N है तो हम क्यों मानें कि हम उसी में हैं
साथ ही, इसका एक अतिरिक्त लाभ यह भी है कि यह बौद्ध, Advaita, Taoism, Sufism और Christian mysticism जैसी उन परंपराओं की non-dual intuitions से मेल बिठाता है जिनके बारे में कहा गया है कि लोग ऐसी अनुभूति के साथ जीते थे। हालाँकि इसके लिए गहरा conceptual paradigm shift चाहिए, और यह पहली नज़र में जितना लगता है उससे कहीं अधिक गहरा है। इसलिए मैं तुरंत प्रतिक्रिया देने के बजाय पहले जिन लोगों का ज़िक्र किया, उनकी लिखी बातें या चर्चाएँ पढ़ने-सुनने की सलाह दूँगा
थोड़ा hydrogen इकट्ठा करें तो कुछ खास नहीं होता, लेकिन पर्याप्त मात्रा में हो तो तारा बन जाता है। consciousness भी वही pattern अपना सकती है, और फिर भी Occam’s razor के साथ संगत रह सकती है
ऐसी chemical complexity यह भी हल्के तौर पर इंगित करती है कि usable free energy उपलब्ध है, और यह self-replication के लिए आवश्यक शर्त भी है