Digitale 'levensvormen' in een computer laten spontaan een eigen ecosysteem ontstaan
Zet een paar simpele digitale "organismen" in een leeg rooster en laat ze zichzelf kopiëren. Wat gebeurt er? Volgens een nieuw onderzoek ontstaat er iets verrassends: een heel ecosysteem, met concurrerende en samenlevende "soorten", helemaal vanzelf.
Onderzoekers bouwden een digitale wereld die lijkt op een schaakbord van pixels. Elke pixel bevat een piepklein neuraal netwerk, een soort mini-brein dat kijkt naar zijn acht directe buurpixels. Zo'n pixel blijft alleen "leven" als hij zichzelf kopieert naar een lege plek naast zich. Bij elke kopie sluipt er een kleine, willekeurige verandering in het netwerk. Dat is te vergelijken met een mutatie: een kopieerfoutje in DNA dat het nageslacht net even anders maakt dan de ouder.
Het bijzondere is dat het uiterlijk van zo'n digitale cel (hoe hij eruitziet en zich gedraagt, biologen noemen dit het fenotype) volledig wordt bepaald door zijn "genen": de instellingen van dat neurale netwerkje, het genotype. Precies zoals bij echte dieren en planten dus, waar je uiterlijk voortkomt uit je erfelijke code.
Van een handvol pixels naar een heel ecosysteem
De onderzoekers begonnen met slechts een handjevol van deze digitale "stichters" op een leeg rooster. Daarna lieten ze het systeem gewoon zijn gang gaan. Het resultaat: er ontstond een ruimtelijk geordende wereld vol verschillende soorten die naast elkaar leefden, met elkaar concurreerden, en soms elkaar wegconcurreerden.
Om te meten hoe divers dit digitale leven werkelijk was, ontwikkelden de onderzoekers een reeks meetinstrumenten. Vier daarvan kijken naar het uiterlijk: hoe vaak bepaalde celtypes voorkomen, hoeveel variatie er is. Twee andere instrumenten kijken naar de onderliggende "genen" zelf, door het volledige gewicht-patroon van elk netwerkje te vergelijken.
De onderzoekers draaiden dit experiment op grote schaal: 1680 korte simulaties en 24 lange simulaties van maar liefst 1000 generaties op een rooster van 200 bij 200 pixels. In 20 van die 24 lange proeven bleef het systeem zichzelf in stand houden, zonder uit te sterven of te bevriezen.
Een opvallende wisselwerking
De belangrijkste ontdekking is een soort wip-wap effect. Als de diversiteit in uiterlijk toenam, dan nam de diversiteit in onderliggende "genen" juist af. En andersom: veel genetische variatie ging gepaard met minder variatie in uiterlijk. Dit noemen de onderzoekers een afruil, iets wat je vaker ziet in de biologie: je kunt niet overal tegelijk maximaal in scoren.
Ook viel op dat het kijken naar het volledige "genoom" (alle instellingen van het netwerk samen) veel meer verborgen afstammingslijnen liet zien dan een simpelere steekproefmethode, waarbij slechts een klein deel van de instellingen willekeurig werd bekeken.
Wat betekent dit (nog) niet
Dit is één onderzoeksteam dat één specifiek digitaal systeem heeft onderzocht. Het gaat hier niet om echte biologie, maar om een kunstmatig, sterk vereenvoudigd model op een computer. De bevindingen zeggen dus niets rechtstreeks over hoe evolutie bij echte dieren of planten werkt, en zijn nog niet door ander onderzoek bevestigd. Het is vooral een interessant hulpmiddel om diversiteit meetbaar te maken in kunstmatige, "open-eindige" systemen.
Waarom is dit relevant? Dit soort digitale experimenten helpt wetenschappers begrijpen hoe complexiteit en diversiteit kunnen ontstaan uit simpele regels, zonder dat iemand dat van tevoren heeft ontworpen. Dat is interessant voor onderzoek naar kunstmatig leven, maar het kan ook nieuwe inzichten opleveren over de wiskundige patronen die ten grondslag liggen aan evolutionaire processen in het algemeen.