Новая компьютерная программа повторит процесс возникновения жизни на
Земле – а затем создаст организмы для колонизации других небесных тел.
Кадры из презентации EvoGrid. «Исходное оборудование» для симуляции
примордиального бульона. Вода, аммиак, углекислый газ плюс источник
энергии
Процессы самоорганизации ведут к появлению везикулы, «прото-клетки»
Сложность структуры постепенно растет, и на свет появляется примитивный организм
Виртуальные живые организмы: Брюс Даймер намерен превратить их в реальные и послать на освоение далеких миров
По современным представлениям, жизнь на Земле появилась около 4 млрд
лет назад. Сохранившиеся с тех пор породы дают представление о том,
какой тогда была наша планета и какие условия на ней существовали.
Считается, что первые «прото-организмы» появились в океане, насыщенном
всевозможными химическими соединениями, включая органику. Этот
«примордиальный бульон» мог подогреваться вулканической активностью,
дополнительную энергию для реакций давали молнии из бушевавших тогда
мощных гроз.
В
любом случае, для перехода простой химической системы в несравненно
более сложное состояние требовался внешний источник энергии. Однако
свидетельств о той далекой поре осталось крайне мало, и детали этой
картины весьма туманны. Помочь смогут компьютеры: проект EvoGrid
позволит в виртуальном мире повторить все этапы химической эволюции,
которая в реальности предшествовала появлению первых организмов.
EvoGrid – детище большой международной группы ученых во главе с Брюсом Даймером
(Bruce Damer), владельцем собственной компании, которая
специализируется на проведении компьютерных симуляций для космических
проектов NASA и других крупных заказчиков. В основу системы положена
программа GROMACS, мощный инструмент для симуляции процессов молекулярной динамики, созданный в Нидерландах и использующийся учеными всего мира.
Игрушечная Вселенная
Задумка
Даймера и его команды действительно масштабна. По их мысли, компьютер
будет обсчитывать «жизнь» каждой частицы в этом примордиальном бульоне.
Каждая их них будет обладать точными физическими характеристиками, и
вести себя в соответствии с ними. «Мы создаем “игрушечную Вселенную”, -
говорит Даймер, - свойства которой максимально близки к свойствам
океанов молодой Земли».
Получив полный набор основных
физических характеристик в качестве стартовых параметров, этот
виртуальный мир начнет жить собственной жизнью. Компьютер будет
обсчитывать взаимодействия между частицами и возникающие между ними
связи, постепенно переходя (как надеются ученые) ко все более и более
сложным структурам и системам. Но где взять компьютер достаточной
производительности? С такой задачкой – даже с учетом уменьшенного
масштаба – не справится ни один из самых мощных суперкомпьютеров. Но
где сдастся один великан, там пролезут тысячи карликов!
Для
EvoGrid разработчики намерены использовать концепцию распределенных
вычислений. Работа будет возложена на обычные домашние и офисные
компьютеры, владельцы которых добровольно согласятся принять участие в
проекте. Таким путем ученые идут далеко не впервые.
Распределенные вычисления
широко используются для многих наиболее затратных вычислений в области
молекулярной биологии, астрономии, химии, математики, физики
элементарных частиц, медицины… Вы и сами можете сделать свой небольшой
вклад в эту работу, поставив любую из понравившихся программ. Но,
все-таки, самым известным подобным проектом считается SETI@home,
призванный обнаружить сигналы от внеземных цивилизаций (читайте все
подробности в заметке «Поиски разума»).
Таким
же способом должен работать и EvoGrid, используя мощности массы
компьютеров в моменты простоя. Все участвующие в проекте машины будут
объединены в единую высокопроизводительную сеть, и каждый будет
обсчитывать свою небольшую часть колоссально задачи. Брюс Даймер
надеется, что участвовать в решении такой интересной и важной задачи,
как исследование первоначал жизни на Земле, решат миллионы людей.
Каждый
из компьютеров будет получать данные от единого «центра симуляции», в
котором примордиальный бульон и плавающие в нем атомы и молекулы будут
представлены в цифровом виде. Программа будет следить, не появятся ли в
нем со временем самовоспроизводящиеся устойчивые структуры. «Если
появится везикула («протоклетка», пузырек, наполненный химическими
соединениями), мы сможем это отследить, - говорит Даймер, - Если набор
частиц окажется устойчив и начнет воспроизводить сам себя, мы сможем
отследить это еще легче. Если частицы будут организовываться в длинные
и сложные цепочки реакций, заметить это будет непросто, но зато
исключительно важно».
К сожалению, EvoGrid, как целое, не
будет сопровождать свои вычисления визуализацией всего происходящего,
поскольку это потребует дополнительных колоссальных затрат на
вычисления. Но каждый участник распределенных вычислений сможет видеть
происходящее в его крохотном кусочке «игрушечной Вселенной», в том,
который обсчитывает его компьютер.
Конечно, современные
симуляции химических реакций занимают куда больше времени, чем сами
реакции проходят в действительности. Слишком уж сложные вычисления
требуются. Но Даймер уверен, что при достаточно массовом участии –
порядка миллионов компьютеров – лет через 20-40 в его виртуальном мире
появится первая живая клетка.
Игры в Бога
Разработчики
только приступили к созданию EvoGrid и рассматривают возможности
создания двух параллельных версий. Первая (под рабочим названием
Origins, «Первоначало») описана выше и не требует, в общем-то, никакого
вмешательства человека. Вторая же (Intelligent Designer, «Разумный
творец») еще более интересна: она позволит человеку соучаствовать в
процессе. В нее планируется внедрить «модуль чуда», с помощью которого
пользователь сможет слегка корректировать и направлять ход химической
эволюции, подталкивая ее и приближая появление первой виртуальной
жизни.
В теории, EvoGrid может иметь и массу других
интереснейших применений. Скажем, изменив начальные характеристики
«примордиального бульона», мы можем моделировать условия, реально
существующие на некоторых далеких планетах, и после определенного
обсчета, предсказывать, могла ли на них появиться жизнь.
Но
фантазию Брюса Даймера не остановить, и он даже мечтает о том, что
когда-нибудь виртуальные живые структуры, развившиеся в его игрушечной
Вселенной можно будет получить и в реальности, в химической
лаборатории. Еще один вариант – использовать те же алгоритмы для
проектирования организмов, подходящих для колонизации удаленных миров,
каких-нибудь крупных астероидов или того же Марса, и превращения их в
подходящую для обитания человека среду. Что будет тогда? Трудно сказать
– но скучно не будет наверняка.
Каталог статей
