Den 18. mai i år sendte den kanadiske dataprogrammereren Andrew Wade et innlegg til internett-forumet ConwayLife.com.

- Jeg har skapt et romskip basert på en von Neumann-maskin, skriver han på forumet. Og svarene lar ikke vente på seg.

- Hvis dette virker slik du påstår, er dette den mest imponerende konstruksjonen så langt, skriver en.

- Jeg trodde vi kunne få se noe slikt rundt 2020, men du er et tiår forut for din tid, skriver en annen.

Ikke nødvendigvis liv

Det Wade kaller et romskip, er sjargong for noe helt annet. Enkelt sagt er det lille dataprogrammet som Wade har laget, en form for selvkopierende datastruktur. Men er det liv av den grunn?

Det finnes også selvkopierende strukturer i den døde naturen. Ett eksempel er krystaller.

Men krystaller har en bestemt, uforanderlig struktur. For at et selvkopierende system skal kunne nærme seg det vi kaller liv, må strukturen kunne endre seg , og likvel beholde evnen til å kopiere seg selv.

Von Neumann-maskinen

Det må altså være en universell, selvkopierende struktur, slik den ble definert av den ungarsk-amerikanske matematikeren John von Neumann på 1940-tallet.

Von Neumann utviklet det som er blitt kalt von Neumanns universelle konstruktor, eller von Neumann-maskinen. En slik maskin har et bånd med instruksjoner om hvordan den skal produseres, komplett med dette båndet.

Det er lett å assosiere fra båndet til dobbeltspiralen med arvestoff i levende organismer, og von Neumann-maskinen er også kalt en ”cellulær automaton”.

Von Neumann hadde ikke datamaskiner til rådighet da han laget sine teoretiske modeller, men cellulære automatoner lar seg enkelt modellere i dataprogrammer.

Livsspillet til Conway

I 1970 ble en slik cellulær automaton beskrevet i en spalte for matematiske spill i Scientific American. Matematikeren John Horton Conway hadde laget tre instruksjoner for hvordan brikker skulle plasseres på et rutefelt.

Artikkelen ble publisert mange år før den vanlige leser av Scientific American hadde tilgang til en datamaskin, og derfor var det instruksjoner for hvordan man kunne lage seg fysiske brikker og et rutebrett.

Utfra disse enkle reglene dannet brikkene fascinerende komplekse mønstre ettersom spillet utviklet seg.

Pulsarer, glidere, romskip

Noen pulserer i symmetriske mønstre. De kalte Conway for ”pulsarer”. Andre beveget seg på skrå over skjermen, og ble kalt ”glidere”. Andre igjen beveget seg rett opp, ned eller til siden, og de kalte Conway for ”romskip”.

- Mønstre uten opprinnelig symmetri tenderer til å bli symmetriske. Straks dette skjer, kan ikke symmetrien bli tapt, selv om den kan øke i rikdom, skriver artikkelforfatteren Martin Gardner om mønstrene.

Spillet har siden fått navnet Conway´s Game of Life. Mønstrene virket underlig levende og komplekse, der de utfoldet seg på rutebrettet.

Lever i datamaskinen

I artikkelen fra 1970 står det også at Convay noen ganger tok i bruk en DEC PDP-7 datamaskin, en stormaskin fra midten av 1960-tallet. Med en skjerm kunne han følge hvordan mønstrene utviklet seg over lang tid.

- Det er fantastisk å sitte og se på dataskjermen, uttalte han i artikkelen.

I dag kan vi alle se livsspillet til Conway utfolde seg på skjermen. Flere steder på nettet tilbyr gratis simulatorer, og mange programmerere arbeider med å lage nye varianter basert på de tre enkle reglene til Convay.

En slik ny variant var det altså at Andrew Wade la ut lenke til på forumet til ConwayLife.com den 18. mai i år.

Også tidligere hadde det oppstått selvrepliserende systemer i Conway´s Game of Life, eller bare Life, som entusiastene på forumet kaller det.

Første Neumann-konstruktor

Det nye med Wades program, er at det tar i bruk Neumanns universelle konstruktor til å lage et ”romskip” som kopierer seg selv.

Det betyr at ”romskipet” ikke er låst til en bestemt form. Det kan endre seg, og likvel beholde evnen til å kopiere seg selv.

- Nå som Andrew har demonstrert selv-replikasjon, kan vi vente en flom av beslektede selv-replikatorer, skriver en annen deltaker på forumet til ConwayLife.com.

Derfor slår da også Scientific American opp denne nyheten på sine nettsider under overskriften: Første replikerende skapning klekket ut i livs-simulator.

Pappa-plikter krevde forenkling

I denne artikkelen forteller Wade at gjennombruddet kom etter at han selv ble pappa. Alt strevet med babyen gjorde at tida han kunne bruke på sitt lille data-hjernebarn ble sterkt begrenset.

Derfor måtte han skjære programmeringen inn til beinet, og forenkle maksimalt. Dette skulle vise seg å være en lur strategi. Istedenfor å gå seg vill i irrganger av kompleks programmering, brukte han et mye enklere ”instruksjonsbånd” som bestod av ”glidere”.

Wade kaller ”livsformen” sin for Gemini, fordi den består av to sett identiske strukturer, som er i enden av ”instruksjonsbåndet”. Hver av disse strukturene består av to konstruktor-armer og en ”destruktor”, heter det i artikkelen i New Scientist.

Men er det snakk om abstrahert liv, den første kime til en digital evolusjon i et dataminne?

Delte meninger

Nei, mener Stephen Wolfram, som i følge New Scientist er berømt for blant annet sitt arbeid for å erstatte formler med cellulære automata i fysikken.

Til New Scientist sier Wolfram at Wades oppdagelse heller kan brukes til å bygge datamaskiner på molekylskala, istendenfor å bidra til å forstå liv.

Informatikeren Susan Stepney er mer positiv. Hun mener ifølge New Scientist at selv om programmet ikke oppfører seg akkurat som liv, så er det interessant i seg selv, fordi det viser at det er flere måter å løse det samme problemet på.

- Det er fascinerende med kompleksiteten som kommer ut av disse utrolig enkle reglene. Dette leder oss i siste instans til biologien, som setter enkle atomer sammen for å lage komplekst liv, sier Stepney til New Scientist.

Enkel automaton

- Conway’s Game of Life en veldig enkel cellulær automaton, siden hver celle bare har to tilstander: av og på. Dette har også gjort den veldig populær, siden den er enkel å teste og enkel å observere, sier Kyrre Glette til forskning.no. Han er postdoktor på Institutt for informatikk ved Universitetet i Oslo, og arbeider blandt annet med robotikk og intelligente systemer.

- Samtidig er de enkle reglene nøye utvalgt for å gi kompleks oppførsel, fortsetter han. Glette forteller også at det forskes en del på cellulære automatoner eller konstruktorer, som de også kalles. Men de har ofte flere tilstander og regler enn i Conway´s Game of Life, forteller han.

Åpner for evolusjon

- Siden Wades automaton Gemini har mekanismer for selvreplikasjon og lagring av oppskriften eller “arvestoffet”, åpner dette i teorien for mutasjoner på denne oppskriften, som kan føre til ny og mer kompleks oppførsel, sier Glette.

- Her kan man også trekke paralleller til virus, som heller ikke har stoffskifte. Men i praksis må det på plass en mekanisme som fører til disse mutasjonene. Det kan også hende at konstruksjonen er for skrøpelig, slik at den veldig lett vil bryte sammen ved mutasjoner, understreker han.

Som i naturlig liv

- Det interessante med dette er hvordan en kan gå fra et utgangspunkt med enkle byggeblokker og regler til å oppnå kompleks dynamikk og konstruksjoner, sier Glette.

- Dette er mekanismer som en finner igjen i naturlig liv, og forståelse av slike mekanismer kan gjøre det mulig å konstruere systemer som er for komplekse til å spesifiseres ”for hånd”, avslutter han.

Lenker

Nyhetsartikkel i New Scientist om Wades dataprogram Gemini

Det opprinnelige innlegget til Andrew Wade på forumet til ConwayLife.com (Med lenke til Gemini-filen)

Programmet Golly, som kan kjøre Gemini

Conway´s Game of Life-simulator på nett