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EPUSP / PSIcognitioMarcio Lobo Netto

Vida Artificial

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Vida Artificial e Ambientes Virtuais

Marcio Lobo Netto2012

Vida ArtificialIntrodução

Universidade de São PauloEscola Politécnica - Engenharia de Sistemas EletrônicosNúcleo de Apoio à Pesquisa em Ciência Cognitiva


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Objetivo Desta Disciplina

• compreensão dos processos relacionados à vida

• sistematização para abordar o assunto

• classificação sobre critérios diversos

• simulação computacional de alguns aspectos


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Estudos e Conhecimento na Área

• progresso no estudo de organismos vivos– limitado pela complexidade do assunto– dificuldade em se propor e realizar experimentos

adequados– análise do organismo (alguns resultados)– síntese do organismo (nenhum resultado)


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Histórico

Histórico

• ideias & modelos

• experimentos

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Histórico

• propostas / modelos / descobertas – questionamento de Schrödinger (1943)

• publicação do livro: o que é vida?– questionamentos a respeito das suas qualidades

essenciais – proposição da existência de um cristal mantenedor da

informação da vida (posteriormente identificado com código genético no DNA)

– proposição da estrutura helicoidal do DNA (1952) – Nobel 1962 (dupla hélice)

• Francis Crick– Britânico, físico e bioquímico

• James Watson– Americano, biólogo


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Histórico

• experimentos – experimento de Miller (1953)

• síntese de aminoácidos a partir de substâncias primitivas como água, amônia, metano num ambiente com elevada temperatura e com descargas elétricas simulando a combinação atmosférica primitiva do planeta Terra

• mostra a possibilidade de criar tais aminoácidos, que são elementos fundamentais para formação de células (compõe proteínas, polipetídeos e enzimas) que permitem a existência de DNA e RNA e consequentemente a vida

• mas não mostra o surgimento da vida propriamente !!!


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Histórico

• computação– permitiu o estudo dos princípios e modelos de

vida, e assim proposições matemáticas que a descrevessem – vida artificial

• Máquina de Turing• Automata Celular

• computadores– enquanto laboratórios virtuais, permitindo a

elaboração e execução de experimentos de vida artificial, seguindo os mais variados modelos e conceitos


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Seres Vivos – Observações


• matéria – inorgânica e orgânica

• física, química e biologia

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• matéria inorgânica– análise de decomposição (reducionismo) permite

identificar o elemento fundamental de uma certa matéria

• átomos / moléculas

– e assim identificar a essência da substância, algo que a retrate integralmente, e cujas propriedades se encontram na substância, independentemente da quantidade analisada (ex: ponto de ebulição da água)

• a água (molécula) ou o ferro (átomo) são o que são independentemente da quantidade analisada


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• matéria orgânica– análise de decomposição (reducionismo) permite

identificar certas características da matéria• átomos / moléculas / células / tecidos / órgãos• permite a classificação estrutural e funcional

– mas não é suficiente para caracterizar as qualidades essenciais de ser vivo

• não permite explicar o fenômeno de ser vivo


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Seres Vivos – Observaçõesáreas do conhecimento

• física– enquanto ciência procura explicar fenômenos

observados contemplando apenas objetos do domínio estudado, sem considerar fatores que trancendam tais domíniois, o que é tratado pela metafísica (“sobrenaturais”)

– trata de classificar os objetos de sua observação• tais classes reunem propriedades intrinsicas dos objetos

analisados• ex: estrelas

– explicação dos fenômenos• leis físicas, válidas para elementos de qualquer natureza

no universo• explicam determinados aspectos, não todos (como vida)


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• química– estudo da estrutura da matéria e das

possibilidades de combinação de elementos• átomos e moléculas

– inorgânicas e orgânicas

• reações (transformações de substâncias)

– explicação dos fenômenos• leis químicas, válidas para elementos químicos de

qualquer natureza no universo• explicam determinados aspectos, não todos (como vida)


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• biologia– estudo da estrutura e funcionalidade de

organismos vivos• seres vivos

– explicação dos fenômenos• classificação e explicação de comportamentos e

formações biológicas• explicam determinados aspectos da vida, não todos,

como por exemplo seu surgimento


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• bioquímica– estabelece relações entre as áreas da química e

da biologia, permitindo compreender aspectos biológicos a partir do explicação química

• biologia molecular– estabelece ligações entre estruturas moleculares

e suas funções, permitindo análisar o DNA e os processos de síntese proteica, considerados essenciais para o desenvolvimento e perpetuação da vida

• código genético como informação descritora do que e de como fazer (construir e controlar o ser biológico)


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Vida – Escopo & Definições


“Life is a tale told by an idiot, full of sound and fury, signifying nothing” W. Shakespeare

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• fisiológico– organismos e sua estrutura (anatomia) e

funcionalidade (fisiologia)– composição de orgãos, tecidos, células– macroscópico


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• metabólico– atividade exercida por toda célula, e portanto

característica da vida– capacidade de trocar material e energia com o

ambiente em que está inserido o elemento (célula) analisado,

– garantindo a perpetuação daquela estrutura viva


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• bioquímico– capacidade de manter substâncias (matéria) que

guardem consigo um código genético– particular composição estrutural da matéria

(DNA) que permite a ela servir com o receita para a construção de um ambiente ao seu redor (célula e indivíduo)

– característica bio-química, ou seja de uma particular estrutura quimica (orgânica) que propicia a vida (biológica)


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• genético– código que descreve o ser que o protege, e que

pode ser visto matematicamente como informação

– trata da essência da representação e perpetuação da informação, independentemente do substrato usado

• Pode portanto ser objeto de coisas virtuais (simulações computacionais)

– característica matemática, ou seja conceitual, abstraindo as propriedades do substrato onde possa vir a acontecer (carbono ou silício)


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• termodinâmico– expressa a capacidade do elemento de manter

baixa sua entropia, ainda que imerso num ambiente cuja entropia é muito maior

– característica física, e portanto retrata o encontro de uma particular estrutura que permita à vida acontecer

– Schrödinger – cristal da vida• ordem a partir da desordem (surgimento)• ordem a partir da ordem (perpetuação)


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Vida – Escopo & Definiçõesvisão geral

termodinâmica: entropia manutenção da ordem / estrutura

genética: código / informaçãorepresentação e manutenção da informação

anatômica / fisiológica: estrutura / funçãoestudo sistêmico – relação de partes - especialização

cerebral organismos complexos


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termodinâmica: entropia

genética: código / informação

anatômica / fisiológica: estrutura / função

cerebral organismos complexos

mental (SW)emergente de um HW que atingiu certa complexidade


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termodinâmica: entropia

genética: código / informação

anatômica / fisiológica: estrutura / função

cerebral

mental (SW)

evolu

ção c

ult

ura

lap

rendiz

ado

evolu

ção g

enéti

ca


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Vida – Um exemploicub robot

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