Investigadores aplican la teoría de la información semántica a un modelo realista, encuentran el punto donde la información es relevante para la supervivencia.

28 de noviembre de 2023

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por Sofia Tokar, Universidad de Rochester

Los sistemas vivos, a diferencia de los objetos no vivos o inanimados, utilizan información sobre su entorno circundante para sobrevivir. Sin embargo, no toda la información del entorno es significativa o relevante para la supervivencia. El subconjunto de información que es significativa, y quizás necesaria para estar vivo, se llama información semántica.

En un nuevo artículo publicado en PRX Life, los físicos de la Universidad de Rochester y sus coautores han aplicado por primera vez esta teoría de la información semántica a un modelo bien conocido de sistemas vivos en biología y ecología: un organismo o agente que busca recursos.

Utilizando un modelo matemático, los investigadores simularon cómo se mueve un agente de búsqueda en un entorno y recopilan información sobre los recursos. Las simulaciones revelaron lo que los investigadores han llamado un umbral semántico: el punto crítico donde la información es importante para la supervivencia del agente. Por encima de este umbral, eliminar cierta información no afecta la supervivencia, pero por debajo de él, cada fragmento de información es crucial.

Al cuantificar las correlaciones o conexiones entre un agente y su entorno, los investigadores están ayudando a revelar el papel de la información en la capacidad de ese agente para mantener su propia existencia.

Imagina un pájaro en su bosque. Sabe dónde encontrar la comida que ha almacenado para alimentarse. Digamos que mueves a ese pájaro a 100 pies a una parte diferente del bosque. 'Al hacerlo, has cortado algunas de las correlaciones o conexiones del pájaro con su entorno, pero aún hay suficientes correlaciones para que no afecte a la viabilidad o la capacidad del pájaro para sobrevivir', explica Damian Sowinski, autor principal del artículo y asociado postdoctoral en el Departamento de Física y Astronomía de Rochester.

Ahora, mueve al pájaro a 1,000 pies de distancia, o incluso de manera más drástica, a 1,000 millas de distancia.

'Eventualmente, el pájaro no sabrá nada sobre su entorno, todas las conexiones se cortan. La viabilidad del pájaro pasa de no verse realmente afectada a comenzar a disminuir repentinamente', dice Sowinski.

En cambio, mover algo inerte como una piedra a 100 pies, 1,000 pies o incluso 1,000 millas de distancia no cambia fundamentalmente las conexiones entre el entorno y la piedra. Esto se debe a que la piedra no está utilizando ninguna información, relevante o irrelevante, sobre su entorno para mantenerse o reproducirse.

'Una de las cosas más básicas que hace la vida es consumir recursos mientras se desplaza en el espacio', dice el coautor Gourab Ghoshal, profesor de física en Rochester. 'Estos nuevos descubrimientos indican que nuestra forma de pensar, la idea de que hay información relevante e irrelevante para la supervivencia, muestra promesas cuando se aplica en un modelo simple de búsqueda de recursos. La gran pregunta ahora es si nuestra forma de pensar seguirá siendo aplicable con modelos cada vez más complejos'.

Agencia significa actuar con un propósito o responder al entorno de manera no aleatoria. Eso requiere hacer conexiones significativas con el entorno: interactuar, reaccionar y luego actuar deliberadamente de maneras que sean autosostenibles y autorreproductivas.

Entonces, ¿cuándo y cómo emerge la agencia, ya sea en un individuo, en un grupo o en un sistema?

'Esa es una pregunta filosófica profunda', dice el coautor Adam Frank, profesor Helen F. y Fred H. Gowen en el Departamento de Física y Astronomía. 'El objetivo de los avances en la ciencia es tomar preguntas que solían ser el dominio de la especulación filosófica y encontrar una manera de hablar de ellas de manera cuantitativa. Este artículo lo hace de manera matemáticamente rigurosa'.

Una definición matemática ampliamente aplicable de información semántica podría ofrecer nuevas perspectivas en disciplinas como la biología, la ciencia cognitiva, la filosofía y la física, y cómo se relacionan los sistemas vivos y no vivos. Esa es una de las razones por las que la Fundación John Templeton, una organización filantrópica que financia investigaciones académicas sobre temas críticos que cruzan fronteras disciplinarias, religiosas y geográficas, ha apoyado la investigación del equipo.

'Al utilizar este lenguaje de la teoría de la información, estamos creando un puente entre las narrativas mecanicistas en las ciencias físicas y las narrativas más informativas o de comportamiento utilizadas en las ciencias de la vida', dice Sowinski.

He, like his colleagues, is energized to continue the team's line of inquiry into the fundamental mystery of life. As Sowinski puts it, 'Our work is a promising first step to answering a bigger question: What in the world causes a lifeless rock full of pebbles to eventually be covered with purposeful entities that are interacting meaningfully with one another and their environment?'

Journal information: PRX Life

Provided by University of Rochester