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.

По публикации Space.Com