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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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set-nov 2012 2
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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set-nov 2012 3
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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set-nov 2012 5
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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set-nov 2012 6
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
Seres Vivos – Observações
• matéria – inorgânica e orgânica
• física, química e biologia
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Seres Vivos – Observações
• 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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set-nov 2012 10
Seres Vivos – Observações
• 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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set-nov 2012 11
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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set-nov 2012 12
Seres Vivos – Observaçõesáreas do conhecimento
• 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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set-nov 2012 13
Seres Vivos – Observaçõesáreas do conhecimento
• 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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set-nov 2012 14
Seres Vivos – Observaçõesáreas do conhecimento
• 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
Vida – Escopo & Definições
“Life is a tale told by an idiot, full of sound and fury, signifying nothing” W. Shakespeare
set-nov 2012 15
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set-nov 2012 16
Vida – Escopo & Definições
• fisiológico– organismos e sua estrutura (anatomia) e
funcionalidade (fisiologia)– composição de orgãos, tecidos, células– macroscópico
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set-nov 2012 17
Vida – Escopo & Definições
• 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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set-nov 2012 18
Vida – Escopo & Definições
• 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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set-nov 2012 19
Vida – Escopo & Definições
• 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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set-nov 2012 20
Vida – Escopo & Definições
• 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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set-nov 2012 21
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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set-nov 2012 22
Vida – Escopo & Definiçõesvisão geral
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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set-nov 2012 23
Vida – Escopo & Definiçõesvisão geral
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
set-nov 2012 24