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Um artigo na revista Anais da Academia Nacional de Ciências hoje descreve “uma lei da natureza que falta”, reconhecendo pela primeira vez uma norma importante no funcionamento do mundo natural.
Em essência, a nova lei afirma que sistemas naturais complexos evoluem para estados de maior padronização, diversidade e complexidade. Por outras palavras, a evolução não se limita à vida na Terra, mas também ocorre noutros sistemas extremamente complexos, desde planetas e estrelas até átomos, minerais e muito mais.
De autoria de uma equipe de nove membros – cientistas importantes da Carnegie Institution for Science, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e da Universidade Cornell, e filósofos da Universidade do Colorado – o trabalho foi financiado pela Fundação John Templeton.
As leis “macroscópicas” da natureza descrevem e explicam os fenômenos vivenciados diariamente no mundo natural. As leis naturais relacionadas com forças e movimento, gravidade, eletromagnetismo e energia, por exemplo, foram descritas há mais de 150 anos.
O novo trabalho apresenta uma adição moderna – uma lei macroscópica que reconhece a evolução como uma característica comum dos sistemas complexos do mundo natural, que são caracterizados da seguinte forma:
- Eles são formados por muitos componentes diferentes, como átomos, moléculas ou células, que podem ser organizados e reorganizados repetidamente.
- Estão sujeitos a processos naturais que causam a formação de inúmeros arranjos diferentes
- Apenas uma pequena fração de todas essas configurações sobrevive em um processo denominado “seleção para função”.
Independentemente de o sistema ser vivo ou não, quando uma nova configuração funciona bem e a função melhora, ocorre a evolução.
A “Lei do Aumento da Informação Funcional” dos autores afirma que o sistema evoluirá “se muitas configurações diferentes do sistema forem selecionadas para uma ou mais funções”.
“Um componente importante desta proposta de lei natural é a ideia de ‘seleção para função’”, diz o astrobiólogo da Carnegie, Dr. Michael L. Wong, primeiro autor do estudo.
No caso da biologia, Darwin equiparou a função principalmente à sobrevivência – a capacidade de viver o suficiente para produzir descendentes férteis.
O novo estudo expande essa perspectiva, observando que pelo menos três tipos de funções ocorrem na natureza.
A função mais básica é a estabilidade – arranjos estáveis de átomos ou moléculas são selecionados para continuar. Também foram escolhidos para persistir os sistemas dinâmicos com fornecimento contínuo de energia.
A terceira e mais interessante função é a “novidade” – a tendência dos sistemas em evolução para explorar novas configurações que por vezes levam a novos comportamentos ou características surpreendentes.
A história evolutiva da vida é rica em novidades – a fotossíntese evoluiu quando as células individuais aprenderam a aproveitar a energia luminosa, a vida multicelular evoluiu quando as células aprenderam a cooperar e as espécies evoluíram graças a novos comportamentos vantajosos, como nadar, caminhar, voar e pensar.
O mesmo tipo de evolução acontece no reino mineral. Os primeiros minerais representam arranjos de átomos particularmente estáveis. Esses minerais primordiais forneceram as bases para as próximas gerações de minerais, que participaram das origens da vida. A evolução da vida e dos minerais estão interligadas, pois a vida utiliza minerais para fazer conchas, dentes e ossos.
Na verdade, os minerais da Terra, que começaram com cerca de 20 no início do nosso Sistema Solar, são agora quase 6.000 conhecidos hoje graças a processos físicos, químicos e, em última análise, biológicos cada vez mais complexos ao longo de 4,5 mil milhões de anos.
No caso das estrelas, o artigo observa que apenas dois elementos principais – hidrogénio e hélio – formaram as primeiras estrelas logo após o big bang. Essas primeiras estrelas usaram hidrogênio e hélio para produzir cerca de 20 elementos químicos mais pesados. E a próxima geração de estrelas baseou-se nessa diversidade para produzir quase mais 100 elementos.
“Charles Darwin articulou eloquentemente a forma como as plantas e os animais evoluem por seleção natural, com muitas variações e características dos indivíduos e muitas configurações diferentes”, diz o co-autor Robert M. Hazen da Carnegie Science, líder da investigação.
“Afirmamos que a teoria darwiniana é apenas um caso muito especial e muito importante dentro de um fenômeno natural muito maior. A noção de que a seleção pela função impulsiona a evolução aplica-se igualmente a estrelas, átomos, minerais e muitas outras situações conceitualmente equivalentes onde muitas configurações estão sujeitas à pressão seletiva.”
Os próprios coautores representam uma configuração multidisciplinar única: três filósofos da ciência, dois astrobiólogos, um cientista de dados, um mineralogista e um físico teórico.
Diz o Dr. Wong: “Neste novo artigo, consideramos a evolução no sentido mais amplo – mudança ao longo do tempo – que inclui a evolução darwiniana com base nas particularidades de ‘descendência com modificação’.”
“O universo gera novas combinações de átomos, moléculas, células, etc. Essas combinações que são estáveis e podem gerar ainda mais novidades continuarão a evoluir. .”
Entre muitas implicações, o artigo oferece:
- Compreender como diferentes sistemas possuem vários graus em que podem continuar a evoluir. “Complexidade potencial” ou “complexidade futura” foram propostas como métricas de quão mais complexo um sistema em evolução pode se tornar
- Insights sobre como a taxa de evolução de alguns sistemas pode ser influenciada artificialmente. A noção de informação funcional sugere que a taxa de evolução num sistema pode ser aumentada de pelo menos três maneiras: (1) aumentando o número e/ou diversidade de agentes interagentes, (2) aumentando o número de configurações diferentes do sistema. sistema; e/ou 3) aumentando a pressão seletiva no sistema (por exemplo, em sistemas químicos por meio de ciclos mais frequentes de aquecimento/resfriamento ou umedecimento/secagem).
- Uma compreensão mais profunda das forças geradoras por trás da criação e existência de fenômenos complexos no universo e do papel da informação na sua descrição
- Uma compreensão da vida no contexto de outros sistemas complexos em evolução. A vida compartilha certas equivalências conceituais com outros sistemas complexos em evolução, mas os autores apontam para uma direção de pesquisa futura, perguntando se há algo distinto sobre como a vida processa informações sobre funcionalidade.
- Ajudando na procura de vida noutros lugares: se existe uma demarcação entre a vida e a não-vida que tem a ver com a seleção por função, podemos identificar as “regras de vida” que nos permitem discriminar essa linha divisória biótica nas investigações astrobiológicas?
- Numa altura em que a evolução dos sistemas de IA é uma preocupação crescente, uma lei preditiva da informação que caracterize como os sistemas naturais e simbólicos evoluem é especialmente bem-vinda.
As leis da natureza – movimento, gravidade, eletromagnetismo, termodinâmica – etc. codificam o comportamento geral de vários sistemas naturais macroscópicos através do espaço e do tempo.
A “lei do aumento da informação funcional” publicada hoje complementa a 2ª lei da termodinâmica, que afirma que a entropia (desordem) de um sistema isolado aumenta com o tempo (e o calor sempre flui dos objetos mais quentes para os mais frios).
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