Computational Life: How Well-formed, Self-replicating Programs Emerge from Simple Interaction

要約

生命の起源と人工生命の分野は両方とも、生命とは何か、そしてそれが一連​​の明確な「生命前」のダイナミクスからどのように現れるのかを問います。
生命が出現するほとんどの基板に共通する特徴の 1 つは、自己複製が現れるときのダイナミクスの顕著な変化です。
自己複製子が自然界でどのように発生したかについてはいくつかの仮説がありますが、一般的な力学、計算原理、自己複製子が出現するための必要条件についてはほとんどわかっていません。
これは、相互作用に論理的、数学的、またはプログラミング規則が関与する「計算基板」に特に当てはまります。
この論文では、さまざまな単純なプログラミング言語と機械命令セットに基づくいくつかの計算基板を研究することにより、自己複製器がどのように発生するかを理解するための一歩を踏み出します。
私たちは、ランダムで非自己複製プログラムが明示的な適応度ランドスケープのない環境に置かれると、自己複製子が発生する傾向があることを示します。
我々は、これがランダムな相互作用と自己改変によってどのように起こるのか、そしてバックグラウンドのランダムな突然変異の有無にかかわらず起こり得ることを実証します。
また、自己複製子の出現に続いて、ますます複雑なダイナミクスがどのように出現し続けているかも示します。
最後に、自己複製が可能であるものの、これまでのところ発生が観察されていないミニマルなプログラミング言語の反例を示します。

要約(オリジナル)

The fields of Origin of Life and Artificial Life both question what life is and how it emerges from a distinct set of ‘pre-life’ dynamics. One common feature of most substrates where life emerges is a marked shift in dynamics when self-replication appears. While there are some hypotheses regarding how self-replicators arose in nature, we know very little about the general dynamics, computational principles, and necessary conditions for self-replicators to emerge. This is especially true on ‘computational substrates’ where interactions involve logical, mathematical, or programming rules. In this paper we take a step towards understanding how self-replicators arise by studying several computational substrates based on various simple programming languages and machine instruction sets. We show that when random, non self-replicating programs are placed in an environment lacking any explicit fitness landscape, self-replicators tend to arise. We demonstrate how this occurs due to random interactions and self-modification, and can happen with and without background random mutations. We also show how increasingly complex dynamics continue to emerge following the rise of self-replicators. Finally, we show a counterexample of a minimalistic programming language where self-replicators are possible, but so far have not been observed to arise.

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