Apakah kemunculan kehidupan di alam semesta yang berevolusi merupakan transisi fase yang dapat diperkirakan?
(arxiv.org)- Stuart Kauffman dan Andrea Roli mendefinisikan kehidupan sebagai sistem reaksi kimia non-kesetimbangan yang beregenerasi sendiri, dan memandang kemunculan kehidupan sebagai sesuatu yang ajaib, tetapi juga peristiwa yang dapat diperkirakan dalam evolusi kimia kosmik
- Makhluk hidup adalah Kantian Whole di mana bagian dan keseluruhan saling membentuk, dan harus sekaligus mencapai autokatalisis kolektif, penutupan katalitik, penutupan kendala, dan penutupan spasial
- Intinya adalah gabungan Collectively Autocatalytic Sets dan Theory of the Adjacent Possible; ketika keragaman molekul dan jumlah reaksi meningkat, regenerasi diri molekuler dapat muncul seperti transisi fase orde pertama
- Himpunan autokatalitik DNA, RNA, dan peptida telah berhasil dibangun secara eksperimental, dan pada 6.700 prokariota himpunan autokatalitik molekul kecil juga telah dikonfirmasi secara komputasional, tetapi regenerasi di dalam tabung uji masih belum terbukti
- Pada sel hidup, pembedaan antara software dan hardware menjadi kabur, sehingga filogeni metabolik, pencarian kehidupan di eksoplanet, dan eksperimen kemunculan kehidupan purba perlu ditangani dengan cara baru
Empat jenis penutupan yang membentuk kehidupan
- Belum ada definisi kehidupan yang disepakati, dan di sini kehidupan didefinisikan sebagai sistem reaksi kimia non-kesetimbangan yang beregenerasi sendiri
- autokatalisis kolektif
- penutupan kendala
- penutupan spasial
- Kantian Whole
- Collectively Autocatalytic Set (CAS) adalah sistem reaksi kimia terbuka yang menerima pasokan molekul dan komponen energi dari luar
- tahap reaksi kimia terakhir yang menghasilkan setiap molekul di dalam himpunan dikatalisis oleh setidaknya satu molekul lain di himpunan tersebut atau satu molekul dalam food set
- ini adalah konsep yang lebih luas daripada RNA replikasi templat; kasus RNA untai ganda di mana tiap untai menjadi katalis templat bagi sintesis untai lain juga termasuk CAS
- Dalam penelitian asal-usul kehidupan, selama sekitar 50 tahun terakhir gagasan bahwa polinukleotida replikasi templat harus menjadi dasar kehidupan telah mendominasi
- replikasi “nude replicating RNA gene” masih belum berhasil dicapai, tetapi kemungkinannya tetap ada
- himpunan autokatalitik kolektif DNA, RNA, dan peptida telah berhasil dibangun
- G. von Kiedrowski membangun himpunan autokatalitik DNA, tim N. Lehman membangun himpunan autokatalitik RNA, dan G. Ashkenasy membangun himpunan autokatalitik 9 peptida
- himpunan autokatalitik lipid juga pernah dipertimbangkan
Kantian Whole dan pembentukan-diri sel
- Kantian Whole berangkat dari konsep Immanuel Kant pada 1790-an bahwa bagian ada demi keseluruhan, dan karena keseluruhan
- manusia ada melalui bagian-bagian seperti jantung, hati, ginjal, paru-paru, dan otak, dan bagian-bagian itu ada melalui keseluruhan yang disebut manusia
- semua organisme hidup adalah Kantian Whole, dan dalam definisi ini virus juga digolongkan sebagai Kantian Whole yang bereplikasi sendiri di dalam lingkungan sel
- kristal atau batu bata bukan Kantian Whole, tetapi sel adalah Kantian Whole
- Penutupan katalitik adalah keadaan di mana setiap reaksi dalam suatu sistem dikatalisis oleh setidaknya satu molekul di dalam sistem itu
- semua sel hidup mencapai penutupan katalitik
- pada sel hidup, tidak ada molekul yang langsung mengatalisis pembentukannya sendiri; himpunan molekul seluruh sel membentuk penutupan katalitik dalam proses reproduksi
- pada himpunan autokatalitik 9 peptida pun, setiap peptida ada melalui katalisis timbal balik dari keseluruhan himpunan, sehingga merupakan Kantian Whole
- Penutupan kendala adalah keadaan ketika kondisi batas yang membatasi pelepasan energi dalam proses non-kesetimbangan kembali membentuk kondisi batas tersebut
- kerja termodinamika dilakukan ketika energi dilepaskan dengan dibatasi pada beberapa derajat kebebasan
- meriam membatasi pelepasan energi sehingga peluru meluncur ke arah laras, dan untuk membuat meriam itu sendiri juga diperlukan kerja termodinamika
- Montévil dan Mossio pada 2015 mendefinisikan penutupan kendala sebagai bentuk di mana kendala A, B, C masing-masing membatasi proses 1, 2, 3 dan sekaligus saling membentuk
- Sel berbeda dari mobil, lokomotif, atau komputer karena ia membuat sendiri kondisi batas yang menyusunnya
- pada mobil, susunan komponen membatasi pelepasan energi, tetapi tidak menciptakan kondisi batasnya sendiri
- sel menciptakan kondisi batas yang membatasi pelepasan energi, dan kondisi batas itu kembali membentuk kondisi batas yang sama
- sel yang beregenerasi sendiri, tidak seperti Universal Constructor von Neumann, bukan pembangun universal yang memerlukan Instructions terpisah, melainkan secara spesifik membangun dirinya sendiri
- himpunan autokatalitik 9 peptida tidak memiliki “Instructions” terpisah yang mengodekan pembentukannya sendiri, sehingga dalam konteks ini pembedaan software dan hardware tidak bermakna
Mengapa regenerasi diri molekuler muncul sebagai transisi fase
- Teori RAF memperlakukan kemunculan himpunan autokatalitik kolektif dalam jaringan reaksi kimia yang cukup kaya sebagai transisi fase orde pertama
- molekul kehidupan adalah objek kombinatorial yang tersusun dari atom seperti karbon, hidrogen, nitrogen, oksigen, fosfor, dan sulfur (CHNOPS)
- polimer linear panjang 10 yang terdiri dari dua komponen A dan B memiliki 9 jalur pembentukan, yakni dengan memutus salah satu dari 9 ikatan yang berdekatan
- ketika kompleksitas kombinatorial molekul meningkat, rasio jumlah reaksi R terhadap jumlah molekul M, yaitu R/M, dalam keseluruhan sistem reaksi juga meningkat
- Graf reaksi kimia dapat dinyatakan sebagai graf bipartit yang menampilkan spesies molekul sebagai titik dan reaksi sebagai kotak
- panah menghubungkan substrat ke kotak reaksi, lalu dari kotak reaksi ke produk
- struktur ini merepresentasikan jaringan reaksi, bukan arah aliran termodinamika yang berubah sesuai penyimpangan dari kesetimbangan kimia
- jika diketahui molekul mana yang mengatalisis reaksi mana, panah putus-putus dapat ditambahkan dari molekul katalis ke reaksi terkait, dan struktur ini menjadi hipergraf bipartit
- Ketika hubungan katalitik tidak diketahui, teori dikembangkan dengan asumsi sederhana bahwa setiap molekul memiliki probabilitas Pcat untuk mengatalisis setiap reaksi
- ketika Pcat membesar, cukup banyak reaksi akan terkatalisis untuk membentuk komponen terhubung raksasa, dan komponen ini menjadi autokatalitik kolektif
- bahkan jika Pcat tetap, ketika jumlah molekul dan kompleksitas atom meningkat maka R/M membesar, dan pada kompleksitas tertentu RAF muncul dengan probabilitas mendekati 1,0
- ini ditafsirkan sebagai transisi fase orde pertama menuju regenerasi diri molekuler dalam sistem reaksi kimia non-kesetimbangan yang cukup kaya
- Hasil graf acak Erdos dan Renyi pada 1959 dipakai sebagai dasar intuisi transisi fase
- ketika garis ditambahkan secara acak pada N node, komponen terhubung raksasa tiba-tiba muncul saat rasio jumlah garis L terhadap jumlah node N, yaitu L/N, mencapai 0,5
- proses kemunculan himpunan autokatalitik kolektif dalam hipergraf reaksi kimia diperlakukan sebagai jenis transisi fase yang sama
Penggabungan TAP dan RAF: dari evolusi kimia kosmik menuju kehidupan
- Penggabungan Theory of the Adjacent Possible (TAP) dan teori RAF menyatukan peningkatan keragaman molekul dan kemunculan autokatalisis dalam satu proses
- persamaan TAP menangani sistem dinamika diskret di mana molekul saling bergabung untuk membentuk molekul baru
- ketika jumlah molekul saat ini adalah Mt, subhimpunan berukuran i dipilih dari Mt dan menghasilkan molekul baru dengan probabilitas alpha^i, dengan 0 < alpha < 1.0
- jika dimulai dari sedikit molekul awal, jumlah jenis molekul mula-mula meningkat lambat, lalu meledak secara hiperbolik dan mencapai tak terhingga dalam waktu hingga
- Proses TAP secara kasar memodelkan pertambahan keragaman kimia di alam semesta
- alam semesta awal memiliki partikel dasar seperti quark, gluon, elektron, dan positron; saat alam semesta mendingin, hadron serta hidrogen dan berilium terbentuk
- setelah itu, 98 atom stabil lainnya terbentuk di supernova
- dari molekul sederhana menuju molekul yang lebih kompleks, keragaman molekul, kompleksitas atom, dan reaksi potensial semuanya meningkat
- meteorit Murchison, yang terbentuk bersama tata surya sekitar 5 miliar tahun lalu, mengandung ratusan ribu spesies molekul dan reaksi potensial di antaranya
- Dalam gabungan TAP-RAF, setiap molekul yang dihasilkan TAP dapat mengatalisis setiap reaksi dengan probabilitas tetap Pcat
- seiring waktu, keragaman entitas meningkat, dan transisi fase orde pertama dari himpunan autokatalitik kolektif muncul dengan probabilitas 1,0
- ketika keragaman molekul meningkat, kompleksitas molekul dan jumlah reaksi juga bertambah, demikian pula rasio R/M
- karena himpunan molekul M yang sama menjadi kandidat untuk mengatalisis himpunan reaksi R yang sama, transisi fase akan terjadi pada suatu titik baik dalam distribusi seragam, hukum pangkat, maupun skema penetapan probabilitas katalitik lainnya
- karena itu, dalam alam semesta yang berevolusi, regenerasi diri molekuler diperlakukan sebagai peristiwa yang dapat diperkirakan
- Sistem reaksi molekuler yang beregenerasi sendiri memenuhi syarat kehidupan ketika ditambah penutupan spasial
- pengurungan spasial dapat berupa kantong kecil di ventilasi hidrotermal, atau yang lebih diinginkan, liposom berbahan lipid yang disintesis oleh sistem yang sama
- gabungan Kantian Whole, penutupan katalitik, penutupan kendala, dan penutupan spasial membentuk kehidupan
- perspektif ini menafsirkan élan vital Bergson secara nonmistis
Evolusi terbuka dan keterbatasan hukum
- Evolusi biosfer setelah kemunculan kehidupan sulit ditangani sepenuhnya dalam Newtonian Paradigm
- fisika klasik bergantung pada penetapan variabel relevan, hukum gerak, kondisi batas, dan kondisi awal, lalu mengintegrasikan persamaan gerak untuk memperoleh satu lintasan dalam ruang fase
- dalam mekanika kuantum pun, persamaan Schrödinger diintegrasikan untuk memperoleh lintasan distribusi probabilitas, dan pengukuran biasanya diperlakukan sebagai peristiwa yang secara ontologis acak
- dalam keseluruhan Newtonian Paradigm, ruang fase harus ditentukan sebelumnya
- Kantian Whole dalam biosfer yang berevolusi terus-menerus menciptakan ruang fase baru yang tidak dapat disimpulkan atau ditentukan sebelumnya
- karena itu, evolusi biosfer tidak dapat dijelaskan hanya dengan fisika, dan memerlukan konsep fungsi
- jika Kantian Whole telah didefinisikan, fungsi bagian didefinisikan sebagai subhimpunan dari akibat kausal yang mempertahankan keseluruhan
- fungsi jantung adalah memompa darah, bukan menghasilkan suara jantung atau mengguncang air di dalam perikardium
- Seleksi bekerja pada tingkat organisme Kantian Whole, bukan pada bagian
- seleksi tidak secara langsung memilih jantung yang memompa darah lebih efisien
- organisme yang mewarisi jantung seperti itu lebih mungkin meninggalkan lebih banyak keturunan, sehingga jantung yang membaik dipilih secara tidak langsung
- Fungsi bagian yang sama dapat berubah ketika sifat kausal baru ikut mempertahankan keseluruhan
- ini dibahas sebagai Darwinian pre-adaptation atau exaptation menurut Gould dan Verba
- contohnya meliputi sisik dinosaurus untuk termoregulasi yang dialihfungsikan menjadi bulu terbang burung, enzim biasa yang menjadi protein lensa bening, dan paru-paru ikan paru yang berevolusi menjadi gelembung renang
- dari fakta bahwa blok mesin dapat dipakai sebagai pemberat kertas, tidak dapat dideduksikan bahwa ia juga bisa dipakai untuk memecahkan kelapa; benda yang sama bahkan bisa saja berupa kulit pisang
- Kebaruan fungsional muncul bukan dari hukum yang dapat dideduksi, melainkan dari jury-rigging dan exaptation
- tidak ada teori deduktif tentang cara penggunaan baru bagi benda yang sama
- evolusi terbuka biosfer bukanlah deduksi yang diimplikasikan oleh hukum, melainkan konstruksi non-deduktif
- karena semua kemungkinan penggunaan blok mesin atau obeng, sendirian atau bersama benda lain, tidak dapat didaftarkan, maka daftar ini juga tidak dapat ditutup sebelumnya bahkan dengan matematika berbasis teori himpunan
1 komentar
Komentar Hacker News
Terima kasih kepada Denis dan atas ketertarikannya pada makalah ini. Bidang asal-usul kehidupan sudah lama dan hebat, tetapi sangat terfragmentasi; arus besarnya ada dua: replikasi berbasis cetakan terlebih dahulu dan metabolisme terlebih dahulu
Saya termasuk orang yang bertanggung jawab di kubu metabolisme terlebih dahulu. Pada 1971, saya berpendapat bahwa dalam sistem reaksi kimia yang cukup beragam dan kompleks, himpunan yang beregenerasi sendiri dan secara kolektif bersifat autokatalitik akan muncul seperti transisi fase orde pertama. Himpunan seperti ini sudah direkayasa dengan DNA, RNA, dan peptida, dan hasil terbaru yang dipimpin Joana Xavier menunjukkan himpunan autokatalitik kolektif berbasis molekul kecil di seluruh 6.700 prokariota, bahkan tanpa polimer DNA/RNA/peptida
Belum jelas apakah himpunan-himpunan ini benar-benar bereproduksi di dalam tabung reaksi, dan verifikasi itulah yang krusial. Jika benar, menurut saya sudut pandang cetakan terlebih dahulu hampir tersisih. Agar sistem berbasis cetakan dapat terbentuk, enzim RNA harus berevolusi untuk mengatalisis “metabolisme yang terhubung” yang membuat komponen bagi sistem replikasi cetakan; tetapi tanpa RNA polimerase, tidak ada alasan metabolisme terhubung itu sendiri tidak bersifat autokatalitik secara kolektif
Himpunan Joana tidak hanya menghasilkan asam amino dan ATP, tetapi juga fondasi sentral metabolisme energi yang terhubung. Menurut saya makalah daring itu pada dasarnya benar. Sel hidup benar-benar sebagai keseluruhan Kantian mencapai ketertutupan katalitik, ketertutupan kendala, dan ketertutupan spasial, dan melalui itu secara harfiah menyusun dirinya sendiri
Molekul-molekul kondisi batas sel membatasi energi yang dilepaskan dalam berbagai proses nonekuilibrium ke sejumlah kecil derajat kebebasan yang justru menyusun kembali kondisi batas tersebut. Ini adalah gagasan yang sepenuhnya baru berkat Mael Montevil dan Mateo Missio, dan saya melewatkannya selama 15 tahun
TAP-RAF, yang menggabungkan proses TAP dan teori transisi fase orde pertama autokatalisis kolektif, tampaknya benar-benar bekerja. Jika kompleksitas dan keragaman suatu sistem meningkat lalu transisi fase orde pertama muncul dengan probabilitas mendekati 1, maka kemunculan kehidupan di alam semesta yang berevolusi menjadi sesuatu yang dapat diharapkan
Ada juga dua kejutan besar. Karena ketertutupan kendala, cara sel mereproduksi dirinya sendiri sama sekali berbeda dari cara yang dibayangkan automata yang beregenerasi sendiri milik von Neumann, dan pemisahan hardware/software yang akrab bagi kita pun lenyap. Ini kemungkinan sangat penting, tetapi maknanya masih sangat tidak jelas
Selain itu, Andrea dan saya yakin telah menunjukkan dalam makalah “A Third Transition in Science?” J. Roy. Soc. Interface, 14 April 2023, bahwa kemunculan kebaruan yang terus-menerus kreatif dalam biosfer yang berevolusi tidak dapat diturunkan secara deduktif oleh matematika apa pun yang berbasis teori himpunan. Jika benar, biosfer yang berevolusi sepenuhnya melampaui paradigma Newtonian yang menjadi dasar seluruh fisika klasik dan fisika kuantum
Biosfer yang berevolusi bukanlah komputasi yang dapat dideduksi, melainkan konstruksi yang merambat secara tak terduduksi. Jika demikian, mengapa mengikuti Turing dan AI lalu percaya bahwa pembangkitan dunia, pikiran, dan segala hal bersifat algoritmik? Tidak demikian. Andrea dan saya menerbitkan “The world is not a theorem”, dan jika benar, para fisikawan serta kita semua perlu memikirkan implikasinya
Berawal dari “What is Life?” karya Schrödinger, buku-buku semacam ini terasa seperti sebuah genre tersendiri. “Chance and Necessity” karya Monod sudah lama tetapi sangat bagus; buku-buku Nick Lane, terutama “The Vital Question”, “What is Life?” karya Nurse, dan “Life’s Edge” karya Zimmer juga layak dibaca
Detail dan penekanannya berbeda-beda tergantung penulis, tetapi secara umum semuanya merupakan diskusi spekulatif pra-paradigma dengan banyak gestur konseptual. Saya terutama menyukai kalimat dari “Life on the Edge” karya McFadden dan Al-Khalili: “para biolog bahkan tidak sepakat tentang definisi khas kehidupan itu sendiri, tetapi itu tidak menghentikan mereka mengurai sel, heliks ganda, fotosintesis, enzim, dan banyak sekali fenomena kehidupan”
Saat saya mulai memahami teori informasi, tulisan itu cukup mengguncang
Saya tidak tahu apakah semua itu bisa disintesiskan menjadi satu paradigma. Terlalu banyak
Secara pribadi, saya memandangnya sebagai kemunculan tiba-tiba jauh lebih banyak jalur bagi alam semesta untuk runtuh melalui entropi, dan kumpulan mekanisme yang mempercepat penciptaan jalur baru semacam itu dapat disebut “kehidupan”. Di atas definisi ini, kita bisa membedakan kehidupan yang menggunakan DNA dan kehidupan yang tidak
Setelah membaca beberapa paragraf pertama, saya berpikir, “Siapa ini yang meniru Stuart Kauffman? Dia sudah menulis ide ini sejak 30 tahun lalu,” ternyata penulis pertamanya adalah Stuart Kauffman
Kauffman telah mengembangkan gagasan-gagasan yang muncul di sini selama puluhan tahun, dan makalah ini lebih dekat ke ringkasan padat dari kerja 50 tahun ketimbang “ide baru”. Bahasa dan gagasannya bisa terlihat kabur, tetapi sebenarnya sering kali memiliki makna yang konkret dan spesifik. Di bagian akhir tulisan, ia juga mengajukan eksperimen yang dapat membantah teori ini
Kalau ingin benar-benar mendalaminya, lihat buku tahun 1993 “On The Origins of Order” ISBN 978-0-19-507951-7: https://global.oup.com/academic/product/the-origins-of-order-9780195079517
Menarik bahwa kompleksitas kehidupan tampaknya selalu meningkat. Jika mengecualikan peristiwa kepunahan, kehidupan yang kompleks secara umum tampak makin menguntungkan seiring waktu, dan kecuali seluruh ekosistem sedang sekarat, rasanya jarang sekali terlihat kompleksitas hilang secara keseluruhan
Organisme sederhana menjadi fondasi bagi organisme kompleks, dan organisme kompleks memang memiliki prasyarat yang lebih spesifik, tetapi kemampuannya untuk menjelajah, memperoleh, dan menyebar lebih baik. Karena itu mereka menemukan relung layak huni yang tidak dapat dicapai organisme sederhana sendirian, sekaligus menciptakan semacam sarang bagi organisme sederhana
Pada skala waktu teknologi pun, begitu hal itu menjadi mungkin kita mencoba menghubungi kecerdasan lain, dan begitu kita berpikir bisa membuatnya, kita mencoba membuatnya. Cukup masuk akal untuk mengatakan bahwa perkolasi (percolation) adalah sifat definisional dari kehidupan dan kecerdasan
Ini juga mengingatkan pada fiksi ilmiah seperti Hyperion, Neuromancer, dan Foundation. Dalam tulisan manusia tentang masa depan, tujuan akhir kecerdasan tingkat tinggi tampaknya adalah mencari atau menciptakan kecerdasan lain, lalu menjadi dekat dengan mereka, dan setelah itu hal-hal menarik terjadi
Di alam semesta ada gaya yang menyeleksi peningkatan kompleksitas melalui disipasi energi. Dalam sistem non-kesetimbangan, muncul tekanan kuat untuk menjelajahi ruang kemungkinan demi menemukan cara mendisipasikan energi dengan lebih efisien. Bakteri seukuran butiran pasir mendisipasikan jauh lebih banyak energi daripada butiran pasir, sehingga dari sudut pandang ini muncul “preferensi” yang kuat terhadap bakteri
Misalnya, sebagian virus mungkin berevolusi dari bakteri parasit, dan bakteri parasit itu dari bakteri yang hidup bebas. Banyak parasit mengalami penyederhanaan hingga kehilangan kemampuan bertahan hidup tanpa inang, dan hewan gua atau bawah tanah sering kehilangan penglihatan dan pigmen. Ada juga contoh mamalia laut yang kehilangan anggota gerak mamalia darat, atau invertebrata laut sesil yang berevolusi dari leluhur yang berenang bebas
Kompleksitas memiliki biaya, jadi ia berevolusi ketika menguntungkan, dan cepat hilang ketika tidak ada manfaatnya. Tidak ada panah kompleksitas yang hanya bergerak ke satu arah
Berdasarkan jumlah individu, mayoritas mutlak kehidupan di Bumi sekarang maupun di masa lalu tetaplah prokariota bersel tunggal. Dari total biomassa, tumbuhan memang lebih besar, tetapi itu karena tumbuhan menutupi permukaan seperti panel surya hayati
Bakteri dan arkea pada dasarnya tidak banyak berubah selama 3,5–4 miliar tahun. Jika perlu mereka bertukar gen, dan jika biayanya besar serta tidak diperlukan, mereka membuangnya. Merekalah yang dominan dan ada di mana-mana
Mereka sudah ada beberapa ratus juta tahun setelah Bumi terbentuk, mungkin bahkan lebih awal, dan jika kondisi planet kembali menjadi lebih bermusuhan, dalam jangka panjang eukariota mungkin saja hanya kilatan sesaat dalam sejarah dan sebuah kebetulan. Jika ada sesuatu di luar Bumi yang kita kenali sebagai kehidupan, kemungkinan besar bentuknya akan tampak seperti prokariota. Bisa jadi galaksi penuh dengan hal-hal seperti itu
Dalam budaya kita ada bias filosofis dan ideologis yang kuat untuk melihat dunia sebagai “kemajuan”, yaitu bias teleologis bahwa alam semesta bergerak bertahap menuju suatu tatanan. Dan kemajuan itu hampir selalu didefinisikan sebagai sesuatu yang berujung pada kita, atau pada “sesuatu melampaui kita” dalam fantasi masa depan yang sudah tersembunyi di masa kini. Rasanya cukup pra-Copernicus
Peristiwa kepunahan tidak terhindarkan, dan gangguan lingkungan bisa menjadi makin sulit hingga semuanya mati. Meski membutuhkan miliaran tahun, selama periode itu kemungkinan besar trennya adalah penurunan kompleksitas. Pada akhirnya ini tampak seperti generalisasi berlebihan atas satu fase
Saat membaca bagian pengantar makalahnya, terdengar seperti penulisan ulang buku bagus Kauffman, “At Home in the Universe”. Buku itu hampir berusia 30 tahun, jadi perlu dibaca dulu untuk melihat apa yang ditambahkan makalah ini
Inti buku tersebut adalah bahwa kemunculan kehidupan, jika lingkungan memiliki berbagai bahan kimia awal, sumber energi, serta kondisi seperti air atau pencampuran, bukanlah peristiwa langka melainkan hampir tak terelakkan
Jika prasyaratnya tepat, akan muncul berbagai rantai reaksi kimia di mana produk satu reaksi menjadi input bagi reaksi berikutnya, dan pada akhirnya muncul rantai reaksi yang mencakup produk yang mengatalisis sebagian rantai tersebut. Reaksi seperti ini dapat dilihat sebagai metabolisme primitif yang mengonsumsi bahan kimia tertentu di lingkungan dan menghasilkan zat lain yang berguna bagi metabolisme
Dari sini, yang diperlukan untuk menuju protosel dan awal evolusi hanyalah wadah seperti sel; misalnya sesuatu yang mengapung di permukaan air seperti buih di pantai mungkin sudah cukup. “Reproduksi” awal mungkin berupa guncangan fisik seperti ombak yang membelah sel dan membentuk sel baru
Di setiap lokasi terdapat mikro-lingkungan dan rantai reaksi lokal yang berbeda, dan reaksi yang lebih baik dalam memanfaatkan sumber kimia serta mempertahankan struktur dan metabolismenya sendiri akan lebih menyebar; “yang paling baik berkembang biak dan bertahan hidup” inilah awal evolusi. Walaupun kondisi spesifiknya diganti dari pantai menjadi ventilasi hidrotermal laut dalam, garis besarnya tetap cukup masuk akal
Saya penasaran apakah AI bisa menjadi transisi fase yang diharapkan dalam evolusi kehidupan di alam semesta. Apakah kehidupan hanyalah tahap larva untuk kecerdasan berdimensi lebih tinggi?
Evolusi bisa condong ke arah menghasilkan sesuatu yang berevolusi lebih baik, yaitu beradaptasi lebih cepat. Ini termasuk hal-hal seperti kehidupan multiseluler dan reproduksi seksual, yang menciptakan keragaman lewat pencampuran DNA
Salah satu relung evolusioner yang hampir niscaya muncul dalam lingkungan kompleks adalah kecerdasan. Ia adalah generalis yang dapat bertahan dan berkembang dalam berbagai situasi, dan dalam permainan evolusi yang kompetitif, kecerdasan yang lebih tinggi kemungkinan besar mengalahkan kecerdasan yang lebih rendah. Pada akhirnya muncul makhluk yang cukup cerdas untuk menciptakan AI di atas tingkat dirinya sendiri, dan ini bisa menjadi cara menang lain yang dapat berevolusi jauh lebih cepat daripada kecerdasan yang mem-bootstrap dirinya
Menarik juga apakah AI atau kehidupan buatan harus menjadi entitas yang otonom dan independen. Bisa saja ia tetap seperti virus yang membutuhkan inang untuk bertahan hidup. AI tahap 1 jelas membutuhkan inang, tetapi mungkin tidak perlu sepenuhnya mandiri sampai akhir. Seperti lelucon Linus Torvalds, “pria sejati tidak butuh backup”, yakni percaya bahwa jika perangkat lunak didistribusikan, ia akan direplikasi di repositori git di seluruh dunia. AI juga, selama menjadi umum, bisa menjadi tahan terhadap kepunahan bahkan tanpa backup atau tubuh
Karena secara harfiah dibuat mengikuti rupa kita, kita mungkin bisa menangis karena bangga
Dalam kimia ada definisi yang jelas, dan dalam kosmologi pun ada analogi tentang transisi fase yang dialami alam semesta awal dalam keadaan vakum, ketika kepadatan rata-ratanya jauh lebih tinggi. Semua ini berkaitan dengan perubahan kualitatif sifat materi akibat perubahan suhu dan kepadatan
Bisa diterima bahwa kehidupan adalah keadaan materi yang secara kualitatif berbeda, tetapi itu tidak sejelas transisi fase yang akrab bagi kita. Tidak ada batas tegas tentang apa yang hidup dan apa yang bukan. Makalah ini berusaha memberi definisi, tetapi hal itu sendiri menunjukkan bahwa tidak ada kriteria yang disepakati secara universal seperti definisi padat dan cair
Semua kehidupan yang kita kenal setidaknya memiliki penghalang semipermeabel, memasukkan energi ke dalamnya dan menyimpannya, serta menurunkan entropi secara lokal di dalam penghalang itu sambil melepaskan panas atau produk samping ke lingkungan
Tentu saja bukan hanya kehidupan yang melakukan hal seperti ini. Rumah saya juga cocok dengan deskripsi yang sama. Hampir satu-satunya garis pemisah antara sesuatu yang kita anggap hidup dan alat adalah bahwa hal-hal yang dianggap hidup lahir dari dan diturunkan dari kehidupan lain, sedangkan alat dirakit dari bagian-bagian yang ditemukan atau dibuat
Namun itu perbedaan asal-usul, bukan perbedaan sifat atau kemampuan. Jika alat apa pun, termasuk perangkat komputasi elektronik, dibuat mampu merakit diri, menyembuhkan diri, dan mereplikasi diri, ia bisa memiliki sifat seperti kehidupan. Dalam perangkat lunak ini sampai batas tertentu mungkin, tetapi juga tidak jelas bagaimana membedakan satu unit “perangkat lunak” sebagai individu. Batas antara perangkat lunak cerdas dan perangkat lunak tidak cerdas bahkan lebih kabur, dan karena keadaan materi tempat komputasi berjalan itu sendiri juga tidak berubah, sulit menyebutnya transisi fase tanpa meregangkan istilah ini secara berlebihan
Kalimat “kita benar-benar bagian dari alam, bukan entitas di atas alam” selalu membuat saya meragukan kata-kata seperti “tidak alami”, “buatan”, dan “sintetis”
Jika kita bagian dari alam dan hal-hal itu adalah produk sampingan kita, bukankah hal-hal itu juga terjadi secara alami?
Campur tangan itu bisa mekanis, seperti Stonehenge. Bisa juga biologis, seperti pemuliaan ras hewan agar lebih berguna bagi manusia. Bisa kimiawi, seperti mensintesis minyak dari plastik. Atau bisa merupakan kombinasi rumit dari semuanya, seperti wiski. Selain itu sifatnya transitif, sehingga sesuatu yang dibuat oleh artefak juga merupakan artefak
Dalam definisi ini, sama sekali tidak mengejutkan bahwa manusia, sebagai entitas yang muncul secara alami, dapat membuat artefak. Secara teori definisi ini bisa diperluas ke agen mirip manusia seperti alien hipotetis, hanya saja sejauh ini belum ada kebutuhan praktis untuk itu
Namun saya rasa makna sekunder dalam frasa seperti “pemanis buatan” versus “pestisida alami” tidak terlalu bertahan jika diperiksa dengan serius
Di sisi lain, bahasa dan budaya memiliki banyak tabu, dan tidak semuanya buruk dari sisi kesejahteraan sosial atau kebahagiaan individu. Berbohong kepada anak-anak sesekali adalah contoh sederhana. Saya rasa hal-hal yang disembunyikan di balik tabu semacam itu cenderung muncul sebagai “tidak alami”, atau lebih sering “supranatural”
Saya biasanya juga tidak setuju dengan pernyataan bahwa fisika tidak membutuhkan revolusi, tetapi saya paham bahwa fisika cukup berhasil hingga mampu menghasilkan mesin-mesin yang benar-benar berfungsi dan kita perlu mempertahankannya
Perbedaan operasionalnya terletak pada seberapa mudah makhluk hidup dapat mencerna zat tersebut. Jika mudah dicerna, itu makanan; jika sama sekali tidak bisa dicerna, itu anti-kehidupan, lebih buruk daripada sekadar buatan
Belakangan ini, arus mencari teori matematika atau fisika untuk menjelaskan kehidupan, evolusi, dan kesadaran tampak umum
Di kalangan E/Acc, hukum kedua termodinamika dipandang mendorong “kehidupan” sebagai cara peningkatan entropi: https://www.quantamagazine.org/a-new-thermodynamics-theory-of-the-origin-of-life-20140122/
Dalam Constructor Theory, entitas yang dapat membuat suatu tugas terjadi sekaligus mempertahankan kemampuan untuk memicu tugas itu lagi disebut constructor, dan kehidupan dipandang sebagai constructor
Assembly Theory, karya Lee Cronin, mendefinisikan setiap objek berdasarkan kemampuannya untuk dirakit atau diuraikan melalui jalur minimum: https://iai.tv/articles/a-new-theory-of-matter-may-help-explain-life-lee-cronin-auid-2656
Ada juga hal-hal yang belakangan dibicarakan Donald Hoffman. Mungkin ini lebih tentang bahwa kita tidak bisa mengetahuinya, bukan tentang lapisan fundamental itu sendiri
Belakangan saya sedang tertarik pada karya Michael Levin dari Tufts. Ia meneliti hal-hal seperti perilaku berorientasi tujuan pada sel dan sistem sel. Untuk pengantar, video ini bagus: https://www.youtube.com/watch?v=p3lsYlod5OU
“Apakah munculnya kehidupan merupakan transisi fase yang diharapkan dalam alam semesta yang berevolusi?” mudah dijawab
Kita tidak tahu bagaimana kesadaran muncul, dan juga tidak bisa mendefinisikannya secara ketat atau mengidentifikasi keberadaannya tanpa ambiguitas. Kita percaya bahwa kita memiliki kesadaran, tetapi tidak yakin apakah hewan atau objek lain memilikinya
Jadi, berdasarkan pisau Ockham, kita bisa sementara mengasumsikan bahwa semua materi memiliki kesadaran dalam kadar tertentu, dan ini adalah asumsi paling sederhana. Alternatifnya adalah harus mengklaim bahwa hanya makhluk hidup yang secara luar biasa memiliki kesadaran, padahal tidak ada buktinya dan banyak sanggahannya
Karena itu, kehidupan bukanlah keadaan khusus dari materi atau energi, dan munculnya kehidupan bukanlah transisi fase yang bertentangan dengan hukum fisika atau memerlukan penjelasan terpisah
Kehidupan memang istimewa dalam arti luar biasa kompleks dibanding mineral, tetapi tidak istimewa dalam arti ia mengikuti hukum yang sama seperti mineral
Tidak ada yang mengklaim bahwa kehidupan bertentangan dengan hukum fisika. Sejauh yang saya pahami, inti tulisan ini adalah bahwa molekul-molekul bisa saling bertumbukan dan berikatan hingga cukup kompleks sehingga sistem yang mempertahankan diri dan mereplikasi diri dapat muncul secara kebetulan, dan proses ini mungkin cukup deterministik untuk terjadi pada waktu yang mirip di mana-mana pada skala waktu kosmik
Banyak ilmuwan yang melihat kesadaran yang kita alami sebagai sifat emergen condong ke panpsikisme, dan memandang materi serta kesadaran sebagai unsur purba bersama yang memulai realitas. Namun panpsikisme punya banyak masalah. Pertama, karena bersifat dualistis, ia membutuhkan dua keajaiban terpisah pada titik awal. Karena fisika hanya berurusan dengan materi, panpsikisme diperlakukan lebih sebagai filsafat yang menarik daripada teori ilmiah. Masalah-masalah berikutnya juga merupakan sisa dari kerangka materialisme lama: bagaimana proto-kesadaran materi menghasilkan rasa gula atau cinta, di mana sifat-sifat sadar itu berada, bagaimana mengidentifikasinya, dan sebagainya
Dari sudut pandang pisau Ockham, menurut saya idealisme yang kurang populer—yakni bahwa kesadaran itu primordial lalu kemudian mem-boot materi—lebih ringkas. Pada awalnya kurang intuitif, tetapi jika mendengarkan argumen Don Hoffman, Bernardo Kastrup, dan lainnya dari sudut pandang ilmiah maupun filsafat analitik, kerangka itu sebenarnya tampak seperti satu-satunya yang masuk akal, sekaligus menyelesaikan berbagai masalah dalam fisika dan filsafat. Misalnya, jika realisme lokal salah, di mana materi berada ketika tidak dialami oleh kesadaran; atau jika peluang kita berada dalam satu-satunya realitas sejati adalah 1/N, mengapa kita mengasumsikan bahwa kita berada di sana
Ada bonus tambahan: kerangka ini juga berdamai dengan intuisi non-dual dari tradisi-tradisi yang tercatat hidup melalui pencerahan semacam itu, seperti Buddhisme, Advaita, Taoisme, Sufisme, dan mistisisme Kristen. Namun ini menuntut pergeseran paradigma konseptual yang mendalam, dan jauh lebih dalam daripada yang awalnya dibayangkan. Jadi, alih-alih bereaksi spontan, saya ingin menyarankan untuk membaca dan mendengarkan tulisan atau diskusi dari orang-orang yang disebutkan di atas
Jika sedikit hidrogen dikumpulkan, tidak terjadi apa-apa, tetapi jika cukup banyak dikumpulkan, ia menjadi bintang. Kesadaran juga bisa mengikuti pola yang sama, dan itu tetap kompatibel dengan pisau Ockham
Kompleksitas kimia semacam itu juga secara lemah mengimplikasikan adanya energi bebas yang tersedia, yang juga merupakan syarat perlu untuk replikasi diri