Истоки этого направления восходят к работам Дж. фон Неймана по теории самовоспроизводящихся автоматов, А.Н. Колмогорова и Дж. Чэтена по теории сложности, А.А.Ляпунова по биокибернетике, И. Пригожина по синергетике, Б. Мандельброта по фрактальной математике и др. Так еще А.Н. Колмогоров в своем докладе «Автоматы и жизнь», впервые прочитанном в Политехническом музее в 1961-м году, утверждал, что «если свойство той или иной материальной системы «быть живой» будет определено чисто функциональным образом, то придется признать в принципе вполне осуществимым искусственное создание живых существ». Иными словами, если искусственная организация в некотором смысле эквивалентна живому организму, а функции на выходе этой системы и обычной биологической структуры одинаковы, то такая модель может служить аналогом живой системы. Аналогично, работая над вопросами теории самовоспроизводящихся автоматов, Дж. фон Нейман показал, что одно из важнейших свойств живых систем – самовоспроизведение – можно объяснить особыми конфигурациями клеточных автоматов.
Сам термин «искусственная жизнь» и базовые формальные модели этого направления связаны с публикациями Дж. Конвэя конца 60-х гг. (когда он начинал работать над своей «Игрой жизни»). По сути дела им исследовались клеточные автоматы с двумя возможными состояниями – активным и пассивным, которые были метафорически названы «живым» и «мертвым». Затем Конвэй расширил свою метафору и стал объяснять правила перехода из одного состояния в другое в терминах «рождение», «смерть» и «выживание». Позже эту метафору использовал К. Лэнгтон в своей диссертации, защищенной в Мичиганском университете, где он писал: «Клеточные автоматы открывают нам логические миры, внутрь которых мы можем поместить искусственные молекулы в форме виртуальных автоматов. Как только виртуальные автоматы достигнут вычислительной мощности, достаточной для выполнения функций первичных биомолекул, появится определенная возможность внедрения «молекулярной логики жизни» на уровне клеточных автоматов. Искусственная жизнь станет возможной внутри этих высокопараллельных компьютерных структур».
Официальное рождение искусственной жизни как отдельного научного направления датируется сентябрем 1987г., когда К. Лэнгтон организовал первый междисциплинарный рабочий семинар по синтезу и имитационному моделированию живых систем в Центре нелинейных исследований Лос-Аламосской национальной лаборатории. Материалы этого семинара были опубликованы Университетом г. Санта-Фе под названием «Искусственная жизнь» в шестом томе «Studia in the Sciences of Complexity». К настоящему времени проведено уже семь традиционных конференций с подобным названием.
В целом, искусственная жизнь интересуется не столько изучением многообразия биологических организмов в реальной жизни, сколько исследованием и компьютерным моделированием жизни, какой она «могла бы быть» вне ее традиционного субстрата – белковых соединений и молекул ДНК. Основное допущение специалистов по искусственной жизни состоит в том, что сущность жизни определяется не столько свойствами этого материального субстрата, сколько организацией компонентов и процессов в целостную систему. Соответственно, искусственная жизнь занимается, в первую очередь, изучением и компьютерной имитацией общих закономерностей организации жизни на произвольном носителе.
Тем не менее, естественным фундаментом работ по искусственной жизни служат биологические дисциплины, позволяющие вычленить основной круг понятий, рассматриваемых и моделируемых в искусственной жизни: самовоспроизведение, эволюция, естественный и искусственный отбор, генетическая связь, морфогенез, онтогенез и филогенез, генотип и фенотип, хромосома, организм, популяция и пр. Среди основных проблем искусственной жизни можно указать:
- определение, функциональный анализ и имитацию важнейших свойств и закономерностей организации живых систем;
- компьютерное моделирование структуры и поведения живых организмов и их сообществ;
- модификацию живых организмов, построение биотехнических систем;
- разработку искусственных организмов (агентов), в частности, виртуальных существ и аниматов, создание эмергентных децентрализованных многоагентных систем;
- построение виртуальных популяций и ценозов;
- моделирование эволюционных процессов в естественных и искусственных системах;
- моделирование ситуаций и сцен в условиях виртуальной реальности;
- разработку роботов новых поколений, в частности, эволюционных роботов и формирование коллективов роботов;
- построение генетических и иммунологических алгоритмов.
Остановимся подробнее на первых двух проблемах. Еще Аристотель заметил, что «живое существо способно пропитать себя, размножаться и разлагаться». Фундаментальными свойствами живых систем являются самосохранение, самовоспроизведение, саморегуляция и самоорганизация. Затем уже Ч. Дарвин показал, что жизнь предполагает обладание такими свойствами, которые обеспечивают эволюцию на основе механизмов мутаций, выживания и естественного отбора. Согласно эволюционной теории, главным механизмом развития служит естественный отбор организмов, получивших «положительные» мутации. Эти идеи нашли свое отражение в работах по эвоинформатике и генетическому моделированию. В современных условиях неоэволюционный подход может опираться и на принципы экобионики – формирующейся сегодня комплексной научной дисциплины, связанной с идеями коэволюции техники и биосферы.
