जेनेटिक मॉड्युलैरिटी एंड क्यों नेचुरल इनोवेशन - भाग 1

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"तारकीय कीमिया की राख चेतना में उभरी थी" - कार्ल सागन

इच्छुक लोगों के लिए, हम सभी एक समग्र और संपूर्ण कथा चाहते हैं जो प्रकृति की व्याख्या करती है। यह हमारे पर्यावरण की एक व्याख्यात्मक व्याख्या की आवश्यकता है जो हमारी अपनी सामान्य बुद्धि का चालक है। यह आज के एआई सिस्टम में गायब लिंक है। सबसे उन्नत एआई सिस्टम (यानी डीप लर्निंग) उच्च अमूर्त की परतों का निर्माण करने में असमर्थ हैं। यह कई परतों के निर्माण के बावजूद होता है जो एक परत से दूसरी परत में प्रतिनिधित्व को मजबूत करने के लिए होती हैं।

यहाँ मैंने एक आख्यान प्रस्तुत किया कि जटिल जीवन क्यों उभरता है और सामान्य कथा क्यों उभरती है, यह भी वही कथा है। मैं एक कथा का प्रयास करने जा रहा हूं जो शुरुआती ब्रह्मांड के साथ भी शुरू होती है और विकसित ब्रह्मांड द्वारा प्रकट रूप में प्रतिरूपता के सिद्धांतों का निर्माण करती है। मैंने पहले इस विचार की चर्चा "सहयोग, प्रतिस्पर्धा और प्रतिरूपकता के उद्भव" में की है, लेकिन एक कथा की आकर्षक अपील है जो समय की शुरुआत से शुरू होती है और वर्तमान आत्म-जागरूक ब्रह्मांड के लिए अपना काम करती है।

यहाँ मेरा कथन है।

हमारे ब्रह्मांड की शुरुआत में, सब कुछ एक साथ बंधा हुआ था और फिर एक ही बड़े धमाके में, सब कुछ तुरंत अनबाउंड था। प्रारंभिक स्थितियां वर्तमान भौतिकी के लिए अज्ञात हैं। ब्रह्मांड बाद में उन कणों में विकसित हुआ जो अलग थे (यानी फर्मियन)। इसके अलावा, संदेशवाहक (यानी बोसॉन) उन्हें एक साथ बांधेंगे, लेकिन उनके भेद को बनाए रखेंगे।

स्रोत: https://en.wikipedia.org/wiki/Force_carrier

इस ब्रह्मांड में प्रकाश था, जो फोटॉन को विद्युत चुम्बकीय बल के दूत के रूप में प्रकट करता था। अन्य दूत थे, जैसे ग्लोन, मजबूत बल का दूत। ग्लून्स ने एक साथ परमाणुओं के नाभिक में बैरियन्स (यानी प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) को बांध दिया। फोटॉन एक चार्ज किए गए लिप्टन (यानी इलेक्ट्रॉनों) के साथ नाभिक को बाध्य करते हैं। इस ब्रह्माण्ड में ऐसी ताकतें थीं जो इसे एक साथ बांधती थीं (बोसॉन) और वहाँ बंधे होने के सामान थे (फ़र्मियन)। इस प्रकार एक आदिम प्रकार की प्रतिरूपकता हमेशा मौजूद रही है। प्रतिरूपकता का पहला सिद्धांत: कुछ ऐसा है जो बांधता है और कुछ को बाध्य किया जाता है। बंधन पहचान और सहभागिता बनाता है।

यह अनबाउंड ब्रम्हांड समय है। ब्रह्मांड, जो मूल रूप से बाध्य था, हमेशा बिग बैंग के बाद जुड़ा हुआ है। होलोग्राफिक सिद्धांत और क्वांटम उलझाव इस संबंध को प्रकट करते हैं। यह इस उलझाव के माध्यम से है कि गुरुत्वाकर्षण की एन्ट्रोपिक ताकत पैदा होती है। गुरुत्वाकर्षण अपने जीवनकाल को वक्रता प्रदान करता है और इस प्रकार कोई भी आकार, अनुपस्थित एकरूपता, समय अवलोकनीय हो जाता है। समय एन्ट्रापी और एन्ट्रापी का परिणाम है कि हमें समय के बारे में कैसे जागरूक किया जाता है। प्रतिरूपता का दूसरा सिद्धांत: ब्रह्मांड उच्च एन्ट्रापी की दिशा में विकसित होता है।

गुरुत्वाकर्षण वह बल है जो हमेशा कणों को एक साथ द्रव्यमान के साथ बांधता है (यह अनुमान लगाया जाता है कि द्रव्यमान हिग्स बोसो द्वारा बाध्य है)। इस बल के माध्यम से, तारे पैदा होते हैं और आकाशगंगाएँ बनती हैं। सितारे गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से मजबूत होते हैं और मजबूत परमाणु बल के परिणामस्वरूप ऊर्जा के साथ प्रज्वलित होते हैं। यह प्लाज्मा बनाता है जो भारी तत्वों के निर्माण के लिए उत्प्रेरक है। प्रतिरूपकता का तीसरा सिद्धांत: द्रव विशेषताओं के साथ एक माध्यम प्रयोग और इस प्रकार नवाचार करता है।

अंततः कुछ तारे पर्याप्त द्रव्यमान के साथ गिरते हैं और एक सुपरनोवा में विस्फोट होते हैं। यह गुरुत्वाकर्षण और परमाणु बलों के बीच प्रतिस्पर्धा का परिणाम है। यह सुपरनोवा विस्फोट अतिरिक्त भारी परमाणुओं को आगे बढ़ाता है और ये सभी नए तत्व तारे के विनाश के साथ ब्रह्मांड में बिखर जाते हैं। एक सुपरनोवा के उपोत्पाद आवधिक तालिका के तत्व हैं। यह वह ग्रह और पृथ्वी है, जिसमें हम रहते हैं। सभी जीवन सितारों का परिणाम है जो मर जाते हैं। हम कार्ल सैगन के अनुसार 'स्टार स्टफ' हैं। विनाश से सृष्टि होती है। प्रतिरूपकता का चौथा सिद्धांत: प्रतिस्पर्धी शक्तियां विनाश की ओर ले जाती हैं और फिर नई समग्र रचनाओं की ओर ले जाती हैं।

अब तक, मैंने केवल उन बलों के बारे में लिखा है जो बाँधते हैं। यह गुरुत्वाकर्षण, मजबूत बल और विद्युत चुम्बकीय बल का आधा हिस्सा है। ऐसी ताकतें भी हैं जो पीछे हटती हैं, विभिन्न आवेशों को पीछे हटाती हैं और कमजोर बल परमाणुओं के रेडियोधर्मी क्षय की ओर जाता है। यह तर्क दिया जा सकता है कि कमजोर ब्रह्मांड के बिना हमारा ब्रह्मांड जैसे अस्तित्व में हो सकता है। हालांकि, ब्रह्मांड में अंतःक्रिया की समृद्धि के लिए चार्जिंग रिपेलिंग जैसे प्रभाव आवश्यक हैं। सब कुछ एक साथ बांधता नहीं है, वहाँ मौजूद बाधाएं होती हैं जो बंधन को रोकती हैं। भारी तत्वों को उन संयोजनों तक सीमित किया जाता है जो क्वांटम यांत्रिकी में संभव हैं। प्रतिरूपकता का पांचवा सिद्धांत: बाइंडिंग चयनात्मक है और एक संदर्भ की फिटनेस को संचालित करता है।

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/12/18/astrophysics-reveals-the-origin-of-the-human-body/#106d9d3b30a5

तारों का सामान, तत्वों की आवधिक तालिका के सदस्यों, विभिन्न तत्वों के बीच बातचीत के नए तरीके बनाता है। अणुओं में तत्वों का संयोजन क्वांटम यांत्रिकी का एक परिणाम है। तत्वों की आवर्त सारणी को संरचित किया जाता है जो परमाणु के सबसे बाहरी वैलेंस शेल को प्रतिबिंबित करता है जो रासायनिक बांडों को प्रभावित करता है (देखें: पाउली अपवर्जन सिद्धांत)। प्रतिरूपकता का छठा सिद्धांत: समग्र घटक समृद्ध अंतःक्रियाओं और अधिक संभावनाओं की ओर ले जाते हैं।

रसायन विज्ञान अधिक जटिल यौगिकों की ओर जाता है। पानी, एच 2 ओ एक यौगिक का एक उदाहरण है जिसमें उभरती हुई संपत्ति है जो एक निश्चित तापमान पर खुद को एक तरल के रूप में प्रदर्शित करता है। तरल पदार्थ पर्यावरण बनाते हैं जो पुनर्संयोजन की सुविधा प्रदान करते हैं। यहां प्रकृति ने सितारों के कोर में तरल पाया है। तरलता प्रयोग का सब्सट्रेट है और इस प्रकार नवाचार है। पानी की तरलता जटिल यौगिकों के बीच व्यापार और बातचीत के बाजार के लिए स्थितियां बनाती है

भारी तत्व जो बातचीत के लिए समृद्ध अवसरों का प्रदर्शन करते हैं, वे जटिल यौगिकों के घटक के रूप में अधिक बार भाग लेते हैं। आवर्त सारणी में कार्बन और अंततः सिलिकॉन, दोनों समूह 6 तत्व, एक आंतरिक अनुकूलता प्रदर्शित करते हैं जो अधिक जटिल यौगिकों के निर्माण को प्रोत्साहित करता है। सभी कार्बनिक रसायन कार्बन का एक परिणाम है। कार्बन अन्य तत्वों के साथ चार अलग-अलग बॉन्ड बना सकता है, अन्य तत्वों के साथ अधिक इंटरैक्शन को सक्षम कर सकता है और यौगिकों का एक समृद्ध सरणी बनाने के लिए। सामग्री जो आंतरिक रूप से अनुकूली होती है, वह केवल संभावना के कारण खुद को अधिक प्रचलित मानती है (देखें: विदारक अनुकूलन)। प्रतिरूपता का सातवाँ सिद्धांत: आंतरिक अनुकूलता उपयोगिता की ओर ले जाती है जो सर्वव्यापकता की ओर ले जाती है।

कार्बनिक रसायन में ऐसे अणु होते हैं जो यौगिकों की तुलना में और भी अधिक भिन्न तरीकों से प्रतिक्रिया कर सकते हैं। नीचे इन्फोग्राफिक्स में, प्रत्येक कार्यात्मक समूह के समान प्रतिक्रिया की उम्मीद है। अधिक जटिल अणु इनमें से एक से अधिक समूहों से मिलकर बन सकते हैं और इस तरह से बातचीत कर सकते हैं जो इन समूहों का एक दहनशील विस्फोट है। प्रकृति, कार्बनिक रसायन विज्ञान के रूप में, फिर से बातचीत और बाध्यकारी घटकों के नए तरीकों को फिर से बना चुकी है।

साभार: https://www.compoundchem.com/2014/07/31/heterocycles/

कार्बनिक रसायन विज्ञान में यह समृद्ध विविधता अभी भी आपको जीवित चीजों के लिए सभी तरह से नहीं मिलती है। जाहिर है, पृथ्वी पर जैविक जीवन का आधार अमीनो एसिड, सभी जीवित जीवों के निर्माण ब्लॉकों की आवश्यकता है। कैसे कार्बनिक रसायन अमीनो एसिड की ओर जाता है की सटीक उत्पत्ति अभी भी जांच के अधीन है। आइए हम एक हालिया सिद्धांत में प्लग करते हैं कि कार्बनिक पदार्थों से जीवन कैसे अस्तित्व में आया। जेरेमी इंग्लैंड के पास एक प्रस्ताव है जिसे "विघटनकारी अनुकूलन" के रूप में जाना जाता है, मूल रूप से यह बताता है कि पर्यावरण में ऊर्जा की नियमितता कैसे संरचनाओं का निर्माण करती है जो इन नियमितताओं के साथ सद्भाव में हैं। जैसा कि इल्या प्रिगोगीन ने प्रस्तावित किया था, एक प्रणाली संतुलन से स्वयं को व्यवस्थित करती है और अराजकता से बाहर निकलती है। मेमोरी का एक अधिक गतिशील और समृद्ध रूप (यानी सूचना भंडारण) उभरता है। मॉड्यूलरिटी के आठ सिद्धांत: अनुकूली घटक पर्यावरण की नियमितताओं को सीखकर एन्ट्रापी को कम करते हैं।

https://www.compoundchem.com/2014/09/16/aminoacids/

इनमें से 20 अमीनो एसिड होते हैं, जिनमें प्रोटीन की औसत लंबाई 200 अमीनो एसिड होती है। इस प्रकार, इन प्रोटीनों की व्याख्या 20 ie (यानी 1.6x10 different) विभिन्न संयोजनों वाली भाषा के रूप में की जा सकती है। नैनोसेकंड में ब्रह्मांड की आयु 4.34x10 so है, इसलिए यह स्पष्ट है कि अमीनो एसिड के सभी संयोजनों का पता नहीं चला है। इष्टतम कॉन्फ़िगरेशन खोजने के लिए संभावनाओं के पूरे स्थान की खोज करना अनावश्यक है। न्यूनाधिकता का नौवाँ सिद्धांत: इवोल्यूशन के लिए केवल वही आवश्यक है जो निकटवर्ती संभव है।

लेकिन क्या अमीनो एसिड जीवन के निर्माण में इतना मूल्यवान बनाता है? यह पता चला है कि प्रोटीन में हाल ही में खोजी गई क्षमता है। प्रोटीन तरल पदार्थ की तरह कुल में कार्य करने में सक्षम हैं। नवाचार को चलाने के लिए परमाणुओं को उच्च ऊर्जा प्लाज्मा की आवश्यकता होती है। जटिल यौगिकों को नवाचार को चलाने के लिए पानी की आवश्यकता होती है। विनिमय और इस प्रकार नवाचार को चलाने के लिए प्रोटीन अनिवार्य रूप से अपने स्वयं के द्रव वातावरण का निर्माण करते हैं।

जीवन में पाए जाने वाले दो अन्य प्रकार के बायोमोलेक्यूलस ये लिपिड और न्यूक्लिक एसिड हैं। वसायुक्त लिपिड जो कोशिकाओं के झिल्ली का निर्माण करते हैं। यह पहले सिद्धांत का विस्तार है। हमेशा कुछ ऐसा होता है जो एक इकाई को उसके पर्यावरण से अलग करता है और उसे इंसुलेट करता है। प्रोटीन (अमीनो एसिड की श्रृंखला) बनाने के निर्देश डीएनए के रूप में न्यूक्लिक एसिड में एन्कोड किए गए हैं। एवोल्यूशन एक निर्देश सेट करने के लिए एक तंत्र का पता लगाता है जो प्रत्येक व्यक्ति के जीवन रूप को पार करता है। मॉड्यूलरिटी का दसवाँ सिद्धांत: रोबस्ट एरर रेसिस्टेंट एन्कोडिंग, कंपोनेंट लाइफ स्पैन में सीखने को बनाए रखता है।

डीएनए के विकास से पहले, स्थायित्व उपलब्धता और अनुकूलनशीलता का परिणाम था। यही है, जो अधिक व्यापक था वह ऐसी संस्थाएं थीं जो केवल कम जटिल थीं और आंतरिक रूप से अनुकूल थीं। मजबूत कोडिंग अधिक जटिल मशीनों और संभावित रूप से अधिक अनुकूली मशीनों की नकल करती है। एक मशीन जितनी जटिल होती है, उतनी ही कम इसे एंट्रोपी के कारण संरक्षित किया जा सकता है। समय के साथ, उन हिस्सों को बनाए रखने के लिए ऊर्जा की आवश्यकता होती है जो अंततः खराब हो जाएंगे। अधिक जटिल प्रणाली, अधिक संभावना है कि मशीनरी में एक रिंच पूरी मशीनरी को निष्क्रिय कर देता है। डीएनए एन्कोडिंग के बिना जटिल जीवन की संभावना नहीं है।

प्रकृति हमेशा सरल और मजबूत मशीनों का पक्ष लेगी, लेकिन डीएनए एक वैकल्पिक मार्ग को सक्षम करता है जो जटिल जीवन बनाने के लिए संभाव्य तंत्रों को पार करता है जो अत्यधिक असंभव है। यह आज भी एक ट्रिस्म है, भले ही हम अपने दैनिक जीवन में ज्यादातर जटिल जीवन और प्रौद्योगिकी देखते हैं। सूक्ष्मजीव पृथ्वी पर जटिल जीवनरूपों से आगे निकल जाते हैं। मानव शरीर में सूक्ष्म जीव होते हैं जो मानव कोशिकाओं को 10 से 1. से निकाल देते हैं। 200 पाउंड के मानव में लगभग 2 से 6 पाउंड बैक्टीरिया होते हैं जो इसके स्वास्थ्य के लिए आवश्यक होते हैं।

इस प्रकार अमीनो एसिड, लिपिड, और डीएनए के साथ हम तरलता, एनकैप्सुलेशन और संरक्षण के लिए तंत्र का एक नया सेट लाते हैं जो पिछले चरणों में मौजूद था। प्लाज्मा में संयुक्त परमाणु विद्युत चुम्बकीय बलों के माध्यम से संलग्न होते हैं और मजबूत बल के माध्यम से संरक्षित होते हैं। अणु पानी में संयोजित होता है, कार्बन बॉन्ड के माध्यम से एनकैप्सुलेट होता है और अनुकूली अपव्यय (यानी बाहरी ड्राइविंग बलों) के माध्यम से संरक्षित होता है। विकासवादी जटिलता के प्रत्येक स्तर पर, बातचीत के लिए एक माध्यम होता है, एक सीमा जो मध्यस्थता और एक तंत्र है जो पहचान को बनाए रखता है। इन तीन क्षमताओं से एक जेनरेटरी सिस्टम बनता है जिसे मैं जेनरेटिव मोड्युलैरिटी के रूप में लेबल करता हूं।

जीवन के अध्ययन के महान रहस्य में से एक यह है कि अमीनो एसिड, डीएनए और लिपिड सभी कैसे उत्पन्न होते हैं जब प्रत्येक एक दूसरे पर निर्भर होता है। यह एक "चिकन और अंडा" समस्या है। इस वृत्ताकार कोन्ड्रूवल को उकेरने की कुंजी यह है कि एक अधिक आदिम तंत्र समान तंत्र पहले से मौजूद था और अंततः अप्रचलित हो गया था। इवोल्यूशन को उन हिस्सों के आसपास रखने की आवश्यकता नहीं है जो अब आवश्यकता होती है।

यूकेरियोटिक कोशिका, सभी जटिल जीवन का आधार है, अन्य प्रोकैरियोटिक कोशिकाओं के सहजीवन का परिणाम है। एक सेल में माइटोकॉन्ड्रियन, पावर प्लांट, का अपना डीएनए होता है। अलग-अलग जीवन रूपों को आत्मसात करने की यह सहकारी प्रक्रिया (देखें: एंडोसिम्बायसिस) जीव विज्ञान में अपनी विशिष्ट अनुकूली कार्यक्षमता रखती है। मॉड्यूलरिटी का ग्यारहवाँ सिद्धांत: नोवेल लर्निंग को जटिल व्यवहार के सहजीवन द्वारा प्राप्त किया जाता है जिसे विभिन्न संदर्भों में सीखा जाता है।

यह हमें विकास के इस सामान्य मॉडल की ओर ले जाता है:

जहां प्रतिरूपकता के उच्च स्तर प्रतिस्पर्धी दबावों के माध्यम से बनाए जाते हैं जो चुनिंदा रूप से फिटनेस की खोज करते हैं और सहकारी सहजीवन के माध्यम से क्षमताओं को समेकित करते हैं। यह एक कथा है जो डार्विन के 'प्राकृतिक चयन' में पाई गई प्रतियोगिता की कथा से अधिक समृद्ध है। विकास के लिए फिटनेस के साथ-साथ सहयोग के लिए चयन की आवश्यकता होती है। वास्तव में, सहयोग आसन्न परिणाम का एक परिणाम है। सहयोग के लिए बाध्य करने के लिए पूरक और सहक्रियात्मक क्षमताओं की खोज की आवश्यकता है। यह सहयोग में है कि विकास अधिक जटिल जीवन की ओर बढ़ता है।

इस कथा में अब तक, मैं बताता हूं कि ब्रह्मांड उच्च जटिलता की ओर कैसे विकसित हो रहा है, लेकिन मैंने इस ब्रह्मांड को उच्च जटिलता की ओर ले जाने वाले किसी भी बल का खुलासा नहीं किया है। इस कथा में एक लापता और रहस्यमयी अभिनेता है। ब्रह्मांड हमेशा कम से कम कार्रवाई के सिद्धांत पर कार्य करता है। किसी भी संदर्भ को देखते हुए, प्राकृतिक (और इस तरह सबसे संभावित) समाधान जो सीमा की स्थितियों को संतुष्ट करेगा वह वह है जो कम जटिल है। अगर हम मॉडल के संदर्भ में इस सिद्धांत की व्याख्या करते हैं, तो यह यहां के प्रभाव का ओपेक है। यह सोलोमोनॉफ़ का प्रेरण सिद्धांत है जो किसी भी कार्यक्रम के लिए कम वर्णनात्मक लंबाई की मांग करता है और इस प्रकार कम जटिलता है। उच्च जटिलता क्या है?

किसी भी सुपरनोवा से पहले ब्रह्मांड को देखें। यह एक ब्रह्मांड है जिसमें सिर्फ हाइड्रोजन परमाणु हैं। एक एंट्रोपिक बल के रूप में गुरुत्वाकर्षण एक स्टार बनाता है जो हीलियम बनाता है और पर्याप्त गुरुत्वाकर्षण दिया जाता है, भारी तत्वों को बनाने के लिए उड़ा देता है। इस नए ब्रह्मांड का अस्तित्व कैसे था, जिसमें पहले से भारी तत्व नहीं थे? ब्रह्मांड के रचनात्मक कानून भारी तत्वों की असंभवता के बारे में कुछ नहीं कहते हैं, हालांकि ऐसे भारी तत्व पहले से मौजूद नहीं थे। कुछ विन्यास स्थिर होते हैं (यानी न्यूट्रॉन के साथ प्रोटॉन) और कुछ और सरल नहीं होते हैं (यानी सिर्फ प्रोटॉन)। ऐसा कोई कानून नहीं है कि अधिक सरल और अधिक संभावना है कि हर संदर्भ में अधिक जटिल हो। बल्कि, हमेशा ऐसे कॉन्फ़िगरेशन मौजूद रहेंगे जो सरल कॉन्फ़िगरेशन की तुलना में अधिक जटिल और अधिक स्थिर हैं। यह आपके द्वारा भेंट की गई मूल सामग्री का सिर्फ एक परिणाम है। यही कारण है कि, विकास सम्‍भव है, जो सम्‍भवतः संभव है और उस संदर्भ में, जो अधिक है, जटिल है, बस वही होता है जो संभव है और कुछ सरल बात नहीं है जो असंभव है। प्रतिरूपकता का बारहवाँ सिद्धांत: नवप्रवर्तन प्रासंगिक है, जटिल या सरल समाधान जो संभव है और जो सरल या इष्टतम है, उसके द्वारा संचालित होते हैं।

विकासवाद में एक सामान्य विषय रचनावाद की यह धारणा है। यह विकास चरणों में होता है और पिछले चरणों से निर्मित होता है। प्रत्येक नया चरण पिछले चरण की क्षमताओं से प्राप्त होता है। हालांकि, नए चरण की क्षमताएं उभरती हुई क्षमताएं हैं जो पहले मौजूद नहीं थीं। आश्चर्यजनक रूप से, प्रतिरूपता की अमूर्त धारणाएं प्रत्येक नए चरण के साथ खुद को प्रकट करती हैं। सूचना प्रतिरूपकता के पैटर्न हैं जो प्रत्येक नए चरण के रूप में खुद को दोहराते हैं। सूचना प्रतिरूपता के ऐसे पैटर्न हैं जो पिछले चरणों में मौजूद नहीं हैं लेकिन प्रत्येक नए चरण के साथ उभरते हैं।

अब जब हम जीवन के बुनियादी निर्माण खंडों में आ गए हैं, तो मैं चर्चा करूँगा कि यह नई आत्म-प्रतिकृति क्षमता सामान्य बुद्धि की ओर कैसे ले जाती है।

भाग II: https://medium.com/intuitionmachine/information-modularity-leads-to-general-intelligence-65766bbfa707

डीप लर्निंग का अन्वेषण करें: कृत्रिम अंतर्ज्ञान: बेहतर डीप लर्निंग क्रांति