这是大卫克拉考尔和克里斯肯佩斯关于生物的计算观点的好文章。
计算来自逻辑推理步骤
文章通过一个外星工程师访问地球数据中心的寓言，引出了计算并非来自硅或金属氧化物等材料，而是来自逻辑或推理的过程。
文章讨论了生命起源的多种理论，包括传统的米勒-尤里实验，以及新出现的一些理论，这些理论认为生命可能不仅仅依赖于特定的化学物质，如氨基酸、DNA和蛋白质。
三种假设（可能是幻觉）
文章提出了三个假设——Tron、Golem和Maupertuis，分别代表了生命可以通过软件模拟、使用不同于地球生命的化学物质合成，以及生命可能是宇宙达到热力学平衡的一种方式。
文章指出，生命越来越不像是化学和物理的结果，而更像是一个计算过程。
这种观点将生命的起源与计算的概念联系起来，提出了生命可能是一种信息处理和问题解决的通用过程。
文章最后讨论了如何定义生命，以及生命可能以多种形式存在，不仅限于生物学实体，还包括能够传递适应性解决方案的任何动态过程。
亮点：
1、组装理论帮助我们理解所有化学和生物学物体是如何形成的：
生命合成生物学的最佳例子之一是创建遗传系统，其中合成的 DNA 字母表由沃森-克里克双链碱基配对机制的工程扩展支持。这并不涉及在实验室中创造替代生物化学，而只是化学合成一个增强的可进化系统。事实上，迄今为止合成生物学中所有成功的努力都源于增强，而不是创造。
组装理论的最新发展为我们提供了一种开始回答这些问题的方法。组装理论有助于我们理解所有化学和生物学物体是如何形成的。宇宙中的每个复杂物体，从微小的藻类到高耸的摩天大楼，都是由独特的部件构成的，涉及分子的组合。
在这个框架中，人们可以通过已采取的组装步骤数来识别作为进化过程结果的物体，而无需先前的模型或了解该过程的细节。
第三，存在描述这些构件组装成物体的序列，其中中间物体可以在构造过程中重新用作新的构件。非常小的组装指数是产生晶体或行星的纯物理和化学动力学的特征，但大量物体中的大指数被视为进化过程的证据 - 以及生命的迹象。
皮埃尔-路易斯·莫罗·德·莫佩尔蒂是 18 世纪的法国数学家和哲学家，他提出了“最小作用量原理”，该原理解释了光和物体在空间和时间中的简单轨迹。在这两种情况下，大自然都展现出一种节约的手段：光沿着两点之间的最快路径行进；物体以需要最少能量的方式移动。因此，根据我们所谓的莫佩尔蒂假说，生命也可以以类似的方式理解，即某些量的最小化或最大化。对生命起源的研究可以被认为是对这些量的探索。
例如，自然选择的进化是一个过程，在这个过程中，反复的生存导致显性基因型编码越来越多的有关其环境的信息。这创造了似乎在最大化适应性信息的同时节省代谢能量的生物体。而且，在这个过程中，这些生物体加速了宇宙中熵的产生。
可以用贝叶斯统计来抽象这种动态。从这个角度来看，进化生物种群的行为就像一个采样过程，每一代都会从可能的遗传变异范围中进行选择。经过许多代，种群可以通过反复的差异生存（或“自然选择”）来更新其对世界的集体“知识”。
2、“自由能”是一种不确定性的测量：预测与结果之间的差异
这种贝叶斯思想导致了自由能原理的出现，该原理由神经科学家卡尔·弗里斯顿于 2005 年提出。他的原理已成为我们所说的莫佩尔蒂假说的基础。
与构造理论一样，自由能原理寻求为所有生命系统提供一个统一的框架。
弗里斯顿的原理扩展了贝叶斯统计学（估计参数）和统计力学（最小化成本函数）的思想，以描述任何学习或适应过程，无论是在人类、生物体还是其他生命系统中。
他的框架试图解释这些生命系统如何通过学习做出更好的预测来尽量减少对环境的不确定性。对弗里斯顿来说，“自由能”是一种不确定性的测量：预测和结果之间的差异。
差异越大，自由能越高。
在弗里斯顿的框架中，生命系统只是任何可以证明可以最小化自由能、最小化不确定性的动态系统。从山上滚下来的石头正在最小化势能，但肯定不是弗里斯顿的自由能——石头不会学会对其环境做出更好的预测。然而，沿着营养梯度游动的细菌在从环境中提取信息来记录食物的位置时，正在最小化自由能。
细菌就像一块会推理的石头。
如果人们愿意接受这样的观点：通过提取信息和推断环境来建模世界是生命的组成部分，那么生命应该无处不在，而且毫不费力。
就像支撑所有物理学理论的最小作用原理一样，弗里斯顿的想法表明，最小化自由能是支持每一种候选生命形式的行动。这包括生物体、社会和技术。
从这个角度来看，即使是 ChatGPT 这样的机器学习模型也是候选生命形式，因为它们可以在世界上采取行动（用文本填充它），在训练过程中感知这些变化，并学习新的内部状态以最小化自由能。
一个根据莫佩尔蒂假说，生物不仅限于生物实体，从更广义上讲，它们是能够通过最小化自由能将自适应解决方案传递给后代的机器。换句话说，生物能够将信息从过去传递到未来。如果这是真的，那么我们如何定义生物的界限？什么才算个体？
2020 年，大卫·克拉考尔 (David Krakauer)及其来自新墨西哥州圣达菲研究所的同事和来自莱比锡马克斯·普朗克研究所的合作者共同开发了个体信息理论，该理论解答了这个问题。
为了回应弗里斯顿的自由能原理等思想，我们提出，除了我们周围看似离散的生命形式之外，还有更多基本的“个体”。这些个体的定义是它们能够随时间传递适应性信息。
我们称它们为“莫佩尔蒂粒子”，因为它们的作用类似于物理理论中场内移动的粒子——就像质量在引力场中移动一样。这些个体不必是生物。它们所需要做的就是将适应性解决方案传递给后代。
3、个体是编码自适应信息的动态过程
生命依赖于复制，而复制会随着每一代新生逐渐适应环境。在传统的生命起源方法中，复制机制尤为重要，例如在细胞内复制基因。然而，复制可以采取许多其他形式。在细胞内复制基因只是化学近似莫佩尔蒂粒子更广泛的信息功能的方式。即使在生物学中，也存在许多类型的个体：病毒将其大部分复制机制外包给宿主基因组，微生物垫中的水平基因转移侵蚀了细胞的信息边界，以及真社会性昆虫，其中不育的工蚁支持生育后代的肥沃蜂后。
根据个体信息论，个体可以由不同的化学基础构建而成。重要的是，生命是由适应性信息定义的。莫佩尔蒂假说为生物提供了新的可能性：新的个体形式和程度。
那么我们如何找到这些个体呢？根据个体信息论，个体是编码自适应信息的动态过程。要了解如何发现这些个体，请考虑如何在不同波长的光下检测宇宙中的不同物体。生命的许多特征，例如代谢活动的热特征，只有在较高波长下才可见。其他特征，例如碳通量，在较低波长下可见。
同样，个体通过不同的“信息频率”检测。每种生命形式都拥有不同的频谱，每种类型在空间（越来越大的适应性）和时间（越来越长的遗传性）中形成越来越强的相关性。即使在相同的化学过程中，也可以根据所使用的信息过滤器的选择找到多个不同的个体。考虑一个多细胞生物——人类。
- 从远处看（使用一种粗粒度过滤器），它是一个单一的协调实体。
- 然而，从近处看（使用细粒度过滤器），这个单一实体充满了一些独立的组织、细胞和蛋白质。
那么，这些不断繁衍的个体的共同目标是什么？当它们各自消耗代谢能量以确保可靠的信息传播时，它们会加速环境熵的产生。这样，通过共享适应性信息，每个个体都会间接加速宇宙的热寂。通过解决局部的小问题，生命会在全球范围内制造大问题。
在思考我们的生物起源时，重要的是要记住，大多数化学反应都与生命无关，无论它们发生在我们这里还是宇宙的其他地方。单靠化学不足以识别生命。相反，研究人员使用自适应功能（一种解决问题的能力）作为识别正确类型生物化学的主要证据和过滤器。如果生命是解决问题的物质，那么我们的起源就不是受化学约束支配的奇迹或罕见事件，而是更普遍的信息和计算原理的结果。如果通过这些原理来理解生命，那么也许生命的出现频率比我们之前想象的要高，驱动生命的是像 138 亿年前启动我们的非生物宇宙的大爆炸一样大的问题 。
宇宙起源和演化的物理描述是纯粹的机械现象，通过诸如大爆炸、轻元素的形成、恒星和星系的凝聚以及重元素的形成等事件来解释。这种描述不涉及目标、目的或问题。但产生生命的物理和化学似乎不仅仅是遵循基本定律。在宇宙历史的某个时刻，物质变得有目的性。它以一种使其能够适应周围环境的方式组织起来。它从巴贝奇式差分机进化为图灵式分析机。这是生命起源的门槛。
在非生物宇宙中，万有引力定律等物理定律就像“计算”，可以通过相同的基本输入输出操作在空间和时间的任何地方进行。然而，对于生物体来说，生命规则可以被修改或“编程”以解决独特的生物问题——这些生物体可以适应自身和环境。
如果非生物宇宙是一台差分机，生命就是一台分析机：从一端到另一端的转变标志着物质开始由计算和解决问题来定义。
当然，这种转变需要专门的化学，但根本的革命不是物质，而是逻辑。