I ricercatori applicano la teoria delle informazioni semantiche a un modello realistico, trovando il punto in cui l'informazione diventa importante per la sopravvivenza.

28 novembre 2023

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di Sofia Tokar, Università di Rochester

I sistemi viventi, a differenza degli oggetti non viventi o inanimati, utilizzano informazioni sul loro ambiente circostante per sopravvivere. Ma non tutte le informazioni provenienti dall'ambiente sono significative o rilevanti per la sopravvivenza. Il sottoinsieme di informazioni che è significativo, e forse necessario per essere vivi, viene chiamato informazione semantica.

In un nuovo articolo pubblicato su PRX Life, i fisici dell'Università di Rochester e i loro coautori hanno applicato per la prima volta questa teoria dell'informazione semantica a un noto modello di sistemi viventi in biologia ed ecologia: un organismo o un agente che cerca risorse.

Utilizzando un modello matematico, i ricercatori hanno simulato come un agente che cerca risorse si muove in un ambiente e raccoglie informazioni sulle risorse. Le simulazioni hanno rivelato ciò che i ricercatori hanno definito una soglia semantica: il punto critico in cui le informazioni sono importanti per la sopravvivenza dell'agente. Al di sopra di questa soglia, la rimozione di alcune informazioni non influisce sulla sopravvivenza, ma al di sotto, ogni informazione è cruciale.

Quantificando le correlazioni o le connessioni tra un agente e il suo ambiente, i ricercatori stanno contribuendo a rivelare il ruolo delle informazioni nella capacità dell'agente di mantenere la propria esistenza.

Immagina un uccello nel suo bosco. Sa dove trovare il cibo che ha accumulato per nutrirsi. Supponiamo che sposti quell'uccello di 100 piedi in un'altra parte del bosco. "Così facendo, hai ridotto alcune delle correlazioni o connessioni dell'uccello con il suo ambiente, ma ci sono ancora abbastanza correlazioni che non influisce sulla capacità di sopravvivenza dell'uccello", spiega Damian Sowinski, autore principale dell'articolo e ricercatore postdottorato nel Dipartimento di Fisica e Astronomia di Rochester.

Ora, sposta l'uccello a 1000 piedi di distanza, o più drasticamente, 1000 miglia di distanza.

"A un certo punto, l'uccello non saprà più nulla sul suo ambiente - tutte le connessioni sono tagliate. La capacità di sopravvivenza dell'uccello passa dall'essere influenzata solo lievemente a iniziare a crollare improvvisamente", dice Sowinski.

Al contrario, spostare un oggetto inanimato come un sasso di 100 piedi, 1000 piedi o anche 1000 miglia di distanza non cambia fondamentalmente le connessioni tra l'ambiente e il sasso. Questo perché il sasso non sfrutta alcuna informazione, rilevante o irrilevante, sulle sue circostanze per mantenere o riprodurre se stesso.

"Una delle cose più basilari che la vita fa è consumare risorse mentre si sposta nello spazio", afferma Gourab Ghoshal, coautore e professore di fisica a Rochester. "Questi nuovi risultati indicano che il nostro modo di pensare - l'idea che ci siano informazioni rilevanti e non rilevanti per la sopravvivenza - mostra promesse quando viene applicato a un modello semplice di ricerca di risorse. La grande domanda ora è: il nostro modo di pensare si applicherà ancora con modelli sempre più complessi?"

Agenzia significa agire con uno scopo o rispondere all'ambiente in modo non casuale. Ciò richiede di creare collegamenti significativi con l'ambiente - interagendo, reagendo e poi agendo deliberatamente in modi che siano auto-mantentivi e auto-riproduttivi.

Quindi, quando e come emerge l'agenzia - in un individuo, in un gruppo o in un sistema?

"È una domanda filosofica profonda", dice Adam Frank, coautore e professore di fisica e astronomia. L'intero scopo degli avanzamenti scientifici è prendere domande che un tempo erano oggetto di speculazione filosofica e trovare un modo per parlarne in modo quantitativo. Questo articolo lo fa in modo matematicamente rigoroso. "

Una definizione matematica ampiamente applicabile di informazione semantica potrebbe offrire nuove prospettive in diverse discipline, dalla biologia alla scienza cognitiva, dalla filosofia alla fisica, sulla relazione tra sistemi viventi e non viventi. Questo è uno dei motivi per cui la John Templeton Foundation, un'organizzazione filantropica che finanzia borse di studio accademiche su argomenti critici che attraversano confini disciplinari, religiosi e geografici, ha sostenuto la ricerca del team.

"Utilizzando questo linguaggio della teoria dell'informazione, stiamo creando un ponte tra le narrazioni meccanicistiche delle scienze fisiche e le narrazioni più informative o comportamentali utilizzate nelle scienze biologiche", afferma 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?'

Provided by University of Rochester