Vida artificial é a disciplina que estuda a vida através da tentativa de recriar fenômenos biológicos em computadores ou outros meios artificiais. Complementa a abordagem analítica tradicional da biologia com uma abordagem sintética onde, ao invés de estudar os fenômenos biológicos para ver como funcionam os organismos vivos já constituídos, cria um sistema que se comporta como um organismo vivo. O processo de síntese é uma ferramenta importante em diversas disciplinas. Química sintética, por exemplo, não só contribui para o entendimento teórico dos fenômenos químicos como também nos permite fabricar novos materiais com uso prático e fornecer componentes não encontrados na natureza. As tentativas de recriar os fenômenos biológicos de maneira artificial podem resultar não só na melhor compreensão teórica dos fenômenos estudados como também em aplicações práticas dos princípios biológicos na tecnologia de computadores (hardware e software), robótica, medicina, nanotecnologia e diversas áreas de engenharia.

Princípios Básicos Natural, Artificial e Sintético

“A ciência natural é o cerne do conhecimento sob os objetos e fenômenos do mundo que nos cercam, sob suas características e propriedades inerentes, sob seus comportamentos e suas interações intrínsecas. A tarefa principal das ciências naturais é transformar os prodígios da natureza em lugar-comum, mostrando-nos que a complexidade é uma máscara para a simplicidade, descobrindo os padrões escondidos no meio do caos aparente.” (Simon, 1969)

O mundo que nos cerca atualmente é formado, basicamente, por elementos construídos por seres humanos (artificiais), em detrimento dos elementos naturais. Praticamente todos os componentes de nosso ambiente se mostram, ou seja, possuem características, construídas por seres humanos. A temperatura onde gastamos a maior parte do nosso tempo é mantida artificialmente, assim como a umidade e até mesmo as impurezas que respiramos são controladas. Mesmo sendo controladas artificialmente, estes fenômenos trabalham com algum tipo de matéria-prima natural. O termo natural é definido como algo “da, ou referente à, ou produzido pela natureza” (Holland, 1980), ou seja, em que não há trabalho ou intervenção do homem. É preciso ter muito cuidado para não confundir um fenômeno natural com um fenômeno biológico. Uma floresta pode ser entendida como um fenômeno natural, ao passo que uma fazenda certamente é um fenômeno biológico, mas nunca natural. As várias espécies das quais o homem é dependente, tais como o gado e o trigo, em última instância, são artefatos de sua engenhosidade. Um campo arado não faz mais parte da natureza do que uma estrada asfaltada, nem menos. O ser humano vive em um mundo cercado de objetos naturais e artificiais e seu ambiente é definido pelas interações entre esses elementos e seus próprios propósitos.

A definição formal do termo artificial pode ser descrita como: “(1) produzido pela arte ou pela indústria; não-natural, (2) Dissimulado, disfarçado, fingido, (3) postiço” (Holland, 1980). Ou seja, artificial é algo feito pelo ser humano, o oposto do natural. Apesar disso, os elementos que nós habitualmente denominamos artificiais não podem ser consideradas em separado à natureza. Eles não possuem nenhum tipo de isenção que os faça ignorar, ou mesmo violar, as leis da natureza, as leis físicas que regem o nosso mundo. Ao mesmo tempo, estes artefatos são adaptados aos objetivos e desejos humanos. Eles são o que são, desde que possam conduzir objetos ou seres humanos mais rapidamente (aeroplano) ou serem apreciados pelo paladar (criação de gado). Se os objetivos dos seres humanos mudarem, seus artefatos também mudam – e vice-versa. Por outro lado, como exemplificou Simon (1969), uma gema produzida por um vidro colorido imitando uma safira, é um objeto artificial. Mas uma gema que fosse construída pelo ser humano, mas cuja composição química fosse indistinguível de uma gema natural, é um objeto sintético. Tais artefatos são imitações da natureza, em todos os seus detalhes, e esta imitação pode ou não utilizar os mesmos componentes básicos do objeto natural a ser imitado. O termo sintético é comumente usado como sinônimo para projetado ou composto.

A engenharia trata do sintético, da síntese, enquanto que a ciência trabalha com a análise. O engenheiro preocupa-se como os objetos devem ser, como deve ser sua funcionalidade, ou seja, quais são seus objetivos, enquanto que a ciência concentra-se no que os objetos são.

A Vida Artificial pode ser vista como um elo que une a dicotomia gerada entre o pensamento descritivo (analítico) e o pensamento normativo(sintético). Podemos descrevê-la como um campo de estudo devotado ao entendimento da vida pela tentativa de abstrair os princípios fundamentais das dinâmicas que envolvem os fenômenos biológicos (análise); e recriar tais dinâmicas em outro meio físico, como os computadores, tornando-os assim acessíveis para novos tipos de manipulações, experiências e testes (síntese). Enquanto que a pesquisa em biologia natural é essencialmente analítica, pois tenta quebrar os fenômenos complexos em seus componentes básicos, a Vida Artificial é, ao mesmo tempo, sintética, pois seu objetivo é construir fenômenos complexos a partir de elementos unitários; e analítica, pois é originada da análise dos fenômenos naturais, além de prover um complemento para as pesquisas biológicas tradicionais, pois permite a exploração de novos caminhos na tentativa de entender a vida.

A Vida

O que é vida? Para desenvolvermos um sistema capaz de nos fornecer pistas sobre a vida e sua evolução, é necessário um aprofundamento maior sobre o que nós entendemos sobre o conceito de vida. Formalmente, pode-se definir vida por:

1. Conjunto de propriedades e qualidades graças às quais animais e plantas, ao contrário dos organismos mortos ou da matéria bruta, se mantêm em contínua atividade, manifestada em funções orgânicas tais como o metabolismo, o crescimento, a reação a estímulos, a adaptação ao meio, a reprodução e outras; existência. 2. Estado ou condição dos organismos que se mantêm nessa atividade desde o nascimento à morte; existência. 3. A flora e/ou a fauna. 4. A vida humana. 5. O espaço de tempo que decorre do nascimento à morte; existência. 6. O tempo de existência ou de funcionamento de uma coisa. 7. Um dado período da vida. 8. Estado ou condição do espírito após a morte... (Holland, 1980).

Tradicionalmente, o conceito de vida tem sido identificado por uma coleção de materiais que observam certas listas de propriedades, tais como: metabolismo, adaptação, autonomia, crescimento, auto-suficiência, replicabilidade, reatividade (irritabilidade), evolução, etc. A maioria dos organismos vivos seguem estas regras. No entanto, alguns outros sistemas obedecem à subconjuntos destas regras, como os vírus, a própria Terra e alguns tipos de robôs. A abordagem científica tradicional tem reduzido o estudo dos sistemas vivos numa busca por respostas sobre a bioquímica dos organismos vivos. Esta alternativa vê a vida como nada mais que uma série complexa de fenômenos físicos e químicos.

Mesmo assim, a questão permanece sem resposta pois existem muitas maneiras de se obterem sistemas dinâmicos complexos (sistemas físicos), mas dentre destes, quais podem-se considerar realmente vivos? Que tipo de complexidade estamos procurando? Ninguém contesta o fato de que a vida é uma espécie de arranjo complexo de substâncias, mas qual é o limiar de complexidade necessário após o qual a matéria pode ser dita viva? Para estudarmos a vida é necessário sintetizar a organização da matéria com o mesmo limiar de complexidade, ou é suficiente simular os comportamentos dos organismos vivos?

Objetivamente ou subjetivamente, pode-se reconhecer certas organizações de matérias como vivas. É a partir de percepção do mundo que nos cerca, que pode-se categorizar os organismos vivos dos não-vivos. É importante observar que esta percepção muda de indivíduo para indivíduo, assim como de espécie para espécie. Os seres humanos reconhecem as plantas como seres vivos, participantes do nosso ecossistema, o que não ocorre com os animais ditos inferiores . Estes não possuem uma percepção consciente que os permita reconhecer uma planta como um ser vivo e uma pedra como um ser inanimado, apesar de reconhecerem (e reagirem de acordo) à presença de outros animais.

Esta habilidade de reconhecer e categorizar eventos nos ambientes em que atuam, é uma das mais importantes diferenças entre os sistemas vivos e os não-vivos. A vida requer a habilidade de reconhecer e controlar os eventos em seu ambiente, para a sobrevivência do indivíduo. Esta é uma característica comum a toda vida conhecida, em conjunto com a habilidade de armazenar e transmitir registros sob estas habilidades. Além disso, esta característica representa também a ruptura da física com a biologia. Os sistemas físicos são independentes de qualquer organismo em particular, são universais, inexoráveis, imunes à qualquer tipo de controle por qualquer organismo. Já os sistemas biológicos estendem seu controle para os organismos, permitindo que estes categorizem e controlem aspectos relevantes nas substâncias que os cercam. E é a definição da relevância destes aspectos que fornecem aos processos de categorização e controle um atributo extra, diferente das simples interações físicas de ação-reação.

Resumindo, quando um organismo é apto a reconhecer e atuar sob aspectos de seu ambiente que são importantes para a sua própria sobrevivência, pode-se dizer que os mecanismos pelos quais o organismo reconhece e atua são funcionais, em referência ao próprio organismo (auto-referência). A física, por si só, não preocupa-se com as funções dos mecanismos, e sim como estes funcionam.

Em outras palavras, qualquer organização que atravesse o limiar de complexidade da vida, pode ser dito como emergente da física, pois seus atributos não podem ser explicados completamente pelas leis físicas. Funções, controle e categorização não podem ser explicadas unicamente pela física, apesar de seguirem fielmente suas leis. Finalmente, podemos entender a origem da vida como um problema de emergência de processos de categorização e controle a partir de um meio físico.

Dos Aminoácidos aos Seres Humanos

Atualmente, a teoria mais aceita sobre a origem da vida na Terra tem suas bases na criação do próprio Sistema solar. Quando a Terra se formou, a cerca de 4,6 bilhões de anos atrás, ela era um deserto sem mares ou costas, uma rocha incandescente agredida continuamente por colisões com os milhões de fragmentos de cascalho que ocupavam desordenadamente o espaço exterior, restos do nascimento do sistema solar.

A lua, provavelmente, estava muito mais próxima (cerca de 18 000 quilômetros) que agora ( ±400 000 quilômetros ). Assim, a Lua girava em torno da Terra em cerca de seis horas, provocando enormes marés de rocha fundida. A atmosfera era composta, primeiramente, por hidrogênio e hélio, os gases mais comuns e leves do universo. Muito cedo, contudo, a força dos ventos solares acabaram por esvaziar a atmosfera desses gases, que foram substituídos por gases que se infiltravam através das rachaduras e fendas e das crateras vulcânicas. Estes gases eram constituídos provavelmente por metano, dióxido de carbono, amoníaco e vapor de água.

Milhões de toneladas de carbono orgânico eram esparramados na superfície terrestre, provindo das estrelas cadentes que bombardeavam a Terra incessantemente. Alguns cometas também caíram, trazendo consigo enormes quantidades de gelo. No entanto, devido à alta temperatura terrestre, todo este gelo era vaporizado instantaneamente.