לולאות בעלות יכולת שיכפול עצמי במרחב התאי

תקציר העבודה

נושאים בבינה מלאכותית :
לולאות בעלות יכולת שיכפול עצמי במרחב התאי תוכן ענינים הקדמה. 2
תאור התופעה הנלמדת : הלולאות שיודעות לשכפל את עצמן 4
הלולאה של לנגטון 5
רישום מס' 1 : שכפול של סיגנל בכניסה לצומת. 5
רישום מס' 2 : לאחר 151 יחידות זמן הלולאה שכפלה את עצמה. 6
רישום מס' 3 : ניתוק לולאת הצאצא מלולאת ההורה. 7
טבלת החוקים ללולאה של לנגטון 8
הלולאה של ביל. 9
רישום מס' 4 : תהליך השיכפול העצמי של לולאת ביל. 10 טבלת החוקים ללולאה של ביל. 11
הלולאה של שו ורגי'ה. 12
רישום מס' 5 :שלבים בתהליך השיכפול העצמי של לולאה דמויית לנגטון ללא עטיפה. 13
רישום מס' 6 : תהליך השיכפול העצמי של לולאת שו/רג'יה. 13
טבלת החוקים ללולאה של שו/רג'יה. 14
תאור המערכת שכתבתי 15
סיכום התוצאות שהושגו 17
בבליוגרפיה. 18
הקדמה ציפורים מולידות ציפורים, חתולים מולידים חתולים, אך האם מכונות יכולות להוליד מכונות?
הניסיון הביולוגי והאינטואיציה שלנו מצביעים על כך שהעתקה עצמית היא תכונה מורשת, ומורכבת ביותר, של בעלי החיים. למעשה, היכולת לשכפול עצמי לרוב נחשבת אחת מהתכונות הבולטות שמבדילות בין החיים לדוממים.
האם יכולות מכונות לשכפל את עצמן? שאלה זו הציתה את דימיונם של מוחות רבים, בערך מאז המצאת המכונה. תסריטאים רבים נתנו דרור לדימיונם ויצרו סרטי מדע בדיוני בהם רובוטים ומכונות מתרבים ללא בקרה ומשתלטים על כדור הארץ, הופכים את המין האנושי לעבדים או משמידים אותו לחלוטין.
אך השאלה האם יכולות מכונות לשכפל את עצמן היא, כמובן, מורכבת הרבה יותר.
הנושא פרץ מתחום הפילוסופיה לעולם המדע וההנדסה בשנות ה 40' המאוחרות, ע"י המתמטיקאי והפיזיקאי ג'ון וון ניומן (Jhon Von Neumann), שרעיונותיו הפכו את הלא-יאומן למציאות.
בעיה ראשונה שניתקל בה בבואינו לנסות לבנות מכונה בעלת היכולת לשכפל את עצמה, היא בעיית הרגרסיה האינסופית:
כדי שמכונה תשכפל את עצמה צריך להיות ברשותה תיאור-עצמי, נאמר "דף" עם תיאור של עצמה. אך תיאור עצמי זה הוא בעצם חלק ממנה. אם כך, בתאור צריך להיות גם תאור של התאור. ואם יש תאור לתאור, צריך לתאר גם אותו, וכך הלאה… בעיה זו כמוה כלבקש מצייר להכין תמונה לקיר בסלון שלו, ובה ציור מדוייק של הסלון שלו. בתמונה שיכין הצייר יראה הסלון כולו, ובפרט הקיר שעליו תתלה התמונה, ועל הקיר בציור תראה תמונה קטנה, זהה לתמונה הגדולה. בתמונה הקטנה, הזהה לתמונה הגדולה, יופיע הסלון כולו, ובפרט הקיר עם התמונה עם ציור של התמונה, ובתוכה שוב ציור של הסלון כולו ובפרט הקיר ועליו התמונה, שבה הסלון כולו והקיר והתמונה  וכולי וכולי וכולי.
כיצד יוצאים מהרגרסיה האינסופית?
אבחנה חשובה של וון-ניומן עזרה להחלץ מבעיה זו: וון-ניומן הציע להתייחס לתיאור העצמי בשתי דרכים שונות: ראשית כהוראות שפירושן יוביל ליצירת העתק המכונה, ושנית כמידע שיש להעתיקו לא מפורש, ולהצמידו לצאצא החדש שנוצר, כך שגם לו תהיה היכולת לשכפול עצמי. בדרך זו התיאור העצמי אינו מכיל תאור של עצמו.
למעשה, זוהי הדרך בה עובדים הדברים בטבע: תאים חיים משתמשים ב"תאור העצמי" שלהם, הוא המבנה הגנטי, בשתי הדרכם הללו בדיוק:
תעתיק, בו ה DNA מועתק כמעט כולו לא מפורש ליצירת mRNA , ותרגום, בו ה mRNA מפורש לבניית פרוטאינים.
וון-ניומן עשה אבחנה זו מספר שנים לפני שעשו זאת ביולוגים מולקולרים, ועבודתו תרמה להבנת השכפול העצמי בטבע.