1. Vida Artificial
Introducción e Historia

2. Vida Artificial: ¿Qué es?
• Cuando miramos la naturaleza, podemos diferenciar una
jerarquía de sistemas

3. Vida Artificial y Sistemas Complejos
• Objetivos de VA: Simulación, emulación,
implementación de un comportamiento “similar” al
de la vida haciendo uso de materia no viva.
• SSCC: Sistemas, no necesariamente vivos que
– Pueden ser descritos en el lenguaje matemático de los
sistemas dinámicos
– Exhiben características de los sistemas vivos.
Usaremos (en lo posible) los Sistemas Complejos para
alcanzar los objetivos de la Vida Artificial

4. Propiedades de los SSCC y VA
Objetivos de VA: Simulación, emulación,
implementación de un comportamiento “similar” al
de la vida haciendo uso de materia no viva.

5. Organización del Curso: 3 Objetivos
1. Examinar casos de estudio y modelos de vida artificial y natural,
así como de sistemas complejos provenientes de una variedad de
tópicos: patrones animales, sociedades de insectos, sociedades
artificiales, comportamientos colectivos, diferenciación de genes y
células, ecología computacional, evolución, ciudades, economía,
internet, arte digital, …
2. Comprender los conceptos clave que unifican estos fenómenos:
emergencia, auto-organización, formación de patrones, morfogénesis,
dinámica no-lineal, orden, caos, complejidad, retro-alimentación,
transiciones de fase, adaptación, borde del caos, puntos críticos, …
3. Presentar algo acerca de los campos de investigación teórica,
computacional y experimental de la Vida Artificial y su potencial
hacia aplicaciones: autómatas celulares, inteligencia colectiva, redes
complejas, ciencia de los sistemas complejos, …

6. Una Importante Consideración
• VA es una disciplina muy amplia… Este curso no será ni
exhaustivo, ni sistemático. Solo ofrecerá una exploración
por medio de ejemplos que se pueden encontrar en la
literatura actual y demostraciones que podamos
reproducir.
• VA pretende comprender y emular aspectos de la vida
con el objetivo futuro de ir integrándolos… pero hasta
ahora no existe nada que podamos nombrar como VA.
• Es más que probable que hasta el momento carezcamos
de importantes conceptos y visiones que nos permitan
completar los objetivos anteriores.

7. Tipo de preguntas que nos haremos
• ¿Cómo consigue un leopardo su piel de camuflaje?
• ¿Qué quieren decir afirmaciones como “el universo
es solo una computadora”?
• ¿Cómo es posible que un grano de arena pueda
comenzar una avalancha?
• Los enjambres… ¿necesitan un líder?
• Diseño racional frente a evolución.
• ¿Qué es el auto-ensamblado y porqué cree la gente
que será la tecnología del futuro?
• ¿Podemos simular una sociedad?

8. Tres tipos de Vida Artificial

9. Tres tipos de Vida Artificial
VA virtual:
• Estructuras similares a las “vivas” pero en un ambiente artificial (por
ejemplo, de silicio).
• El entorno es artificial, y solo podemos esperar reproducir un
comportamiento similar, pero facilita la medición.
• Incluso en caso de éxito, no es claro que se vaya a aprender algo acerca
de la vida natural. Pero siendo positivos: esperamos aprender algo
acerca de la vida en general.
• Difícilmente se consigue sacar provecho a la computación
morfológica.

10. Tres tipos de VA
VA de apoyo:
• Los modelos y simulaciones “mapean” el entorno natural en
estructuras virtuales.
• Nunca se está seguro de tener en cuenta todos los aspectos
importantes…
• … pero uno espera aprender algo acerca de la vida natural gracias a
todas las opciones que nos proporcionan los entornos virtuales:
– Definición exacta de entorno,
– Reproducibilidad completa,
– Velocidad de los experimentos,
– No hay problemas éticos,
– Fácil acceso a estados internos,…
– Basado en supuestos,
– Contexto no considerado

11. Tres tipos de VA
VA experimental:
• Implementación de VA en el mundo real y con
materiales reales.
• Vida real.

12. ¿Qué aprenderemos (con suerte) en el
curso?
• Exploración de sistemas “similares” a los vivos (simples y
complejos) por medio del modelado y la simulación.
• Noción de SSCC: Están presentes en todas las estructuras
naturales (y humanas), aunque la “complejidad” como disciplina
es reciente como tópico científico.
• Nociones de Emergencia y Auto-Organización.
• Descubrir nuevos patrones y convencernos que de que es posible
un orden descentralizado.
• Los sistemas complejos se pueden entender como sistemas de
procesamiento de información.
• La Evolución puede ser usada como una Tecnología
complementaria al diseño racional.

13. Contenido del Curso (modificable en
tiempo real)
• Introducción: Historia y … todo el curso en 1 día (o 2)
• Acerca de SSCC y Sistemas Dinámicos
• Autómatas Celulares
• Patrones, Emergencia y Auto-Organización Crítica
• Inteligencia Colectiva
• Sociedades Artificiales
• Evolución Artificial
• Auto-Replicación
• Auto-Ensamblamiento
• Ecología Computacional
• Tecnología Viva y VA
• Exposiciones (vuestras) y Conclusiones (de todos)

14. Metodología
Modelado
Matemáticas
Discretas y
Contínuas
Simulación
Programación
Python,
NetLogo,
C++,…

15. Sobre los SSCC y SSDD…
• ¿Qué son los SSCC?
• ¿Cómo puede emerger comportamiento global
de interacciones locales?

16. Autómatas Celulares
• Tras haber presentado las características básicas de los SSCC, nos
centraremos en uno de los modelos matemáticos que más están
contribuyendo a la comprensión de los mismos.

17. Patrones, Emergencia y Auto-
Organización Crítica
• Los patrones que se observan en las escalas espaciales y temporales a menudo
nos dan pistas acerca de los mecanismo internos que los generan…¿qué hay
acerca de los eventos catastróficos que suceden repentinamente?, ¿porqué no
han ocurrido antes?, ¿porqué no a menor escala?... ¿tienen escala?

18. Enjambres y Comportamiento Colectivo
• ¿Quién dicta el comportamiento de un grupo de individuos?,
¿hay siempre un coche lento en el frente de un atasco de tráfico?,
¿son las hormigas lo suficientemente inteligentes para entender
ordenes?

19. Evolución Artificial
• La tecnología actual es el resultado de un diseño racional. Pero la
naturaleza también proporciona potentes soluciones.
• Parece haber una diferencia entre las soluciones naturales (que
no tienen que ser comprensibles, pero son robustas) y las
soluciones técnicas.

20. Auto-Replicación
• La Auto-replicación parece ser el primer paso
hacia la evolución artificial.
• … difícil de implementar.

21. Auto-Ensamblado
… a muchas escalas

22. Paul Rothemund:
Auto-Ensamblado Molecular

23. Sociedades Artificiales y Ecología
Computacional
• Muchos agentes, capacidad de aprender, comportamiento social
• No está claro si el comportamiento social es igual al
comportamiento físico.

24. Computación Morfológica
• La Morfología induce un escenario (adaptable) acotado de
formas de hacer las cosas. El control externo solo cambia
qué forma será la elegida, el cuerpo (como entidad física
en un entorno físico) es el que se encarga de la
estabilización y de los ajustes precisos.

25. Living Technology (Tecnología Viviente)
• Bio-inspirada, pero no bio-mimética.
• Combina diseño racional con evolutivo
• Aproximación De abajo-Arriba (bottom-up)
• El diseño de experimentos juega un papel fundamental.

26. Vida Artificial: Definición
“La Vida Artificial es el estudio de los sistemas hechos por
el hombre que exhiben comportamientos característicos de
los sistemas vivos de la naturaleza. Complementa las
tradicionales ciencias biológicas en lo relativo al análisis de los
organismos vivos, intentando sintetizar el comportamiento
de los mismos por medios computacionales y otros artificios.
Extendiendo los fundamentos empíricos en los que la
Biología se basa, yendo más allá de la vida basada en el
carbono que ha evolucionado en la Tierra, la VA puede
contribuir a la Biología teórica colocando la vida tal y como
la conocemos en un marco más grande de la vida tal y
como podría ser.”(Langton, 1989)

27. Vida Artificial: en otras palabras
• La Vida Artificial es acerca del estudio sintético
de sistemas adaptativos complejos (“similares” a
los vivos), tanto naturales como artificiales.
• …el objetivo no es únicamente proporcionar
modelos biológicos, sino también investigar los
principios generales de la vida.

28. Vida Artificial y Vida Natural
“Los organismos naturales son, por norma, mucho más
complicados y sutiles, y por tanto mucho menos
comprensibles en detalle, que los autómatas artificiales.
Sin embargo, algunas regularidades que observamos en la
organización de los primeros pueden ser muy instructivos
a la hora de planificar los segundos.”(von Neumann, 1948)

30. Objetivos de la Vida Artificial
Cuestiones
Biológicas
Evolución
Formación de
Patrones
Origen de la vida
Simulación de la
vida
Entender el
control de los
procesos
Principios del
comportamiento
inteligente
Comportamiento
emergente
Comportamiento
colectivo
Robots
autónomos
Aplicaciones
Prácticas
Tecnología
Viviente
Nuevas
tecnologías de
producción
Mejora de
tecnologías
existentes
Robots para
tareas diarias
Mundos
Virtuales

31. Ventajas Adicionales
1. “El acto de construir es instructivo acerca de la naturaleza
de la función”. Es un principio educativo
fundamental que la construcción de una cosa es
una de las mejores formas de aprender sobre ella.
(Seymour Papert)
2. Jugar con sistemas artificiales proporciona una
paleta más amplia que nos permite “separar los
aspectos fundamentales de la vida de los anecdóticos”.
3. Las formas de vida construidas, particularmente
aquellas hechas en el ordenador, son mucho más
fáciles de estudiar y diseccionar.

32. Algunas consideraciones metodológicas
• La Biología tradicional (la Ciencia, en general) es analítica y con
orientación De Arriba-abajo (top-down): empieza en el nivel
superior (p.e. a nivel de organismo) y busca explicaciones en
términos de entidades de nivel inferior.
• VA es sintética y con orientación De Abajo-arriba (bottom-up):
empieza en el nivel inferior (p.e. nivel molecular) y funciona por la
síntesis de sistemas complejos a partir de sus entidades e
interacciones.
• Robots y simulaciones se usan como herramientas “cognitivas”.
• Usando la aproximación analítica siempre se acaba con una
descripción… usando la aproximación sintética no sólo tenemos la
descripción, sino también el mecanismo que subyace a la
conducta observada.

33. El problema del marco de referencia
• Perspectiva:
– Hemos de distinguir entre la perspectiva del observador y la del agente.
En particular, las descripciones de comportamiento desde el punto de
vista del observador no deben considerarse como mecanismos internos
que rigen el comportamiento del agente.
• Comportamiento vs. Mecanismo:
– El comportamiento observado de un agente es siempre el resultado de
una interacción entre sistema y entorno. No se puede explicar únicamente
en la base de un mecanismo interno.
• Complejidad:
– Comportamientos aparentemente complejos no requieren necesariamente
mecanismos internos complejos. Comportamientos aparentemente
simples no son necesariamente el resultado de un mecanismo simple
interno.

34. Y… ¿qué es la Vida Natural?
• Parece natural que si queremos responder a la
pregunta de qué es la vida artificial, hemos de tener
alguna idea de qué es la vida natural, para ello,
podemos:
– Intentar definir la vida.
– Describir las propiedades de la vida.
– Escuchar lo que otros han dicho.
– Caracterizar la vida por procesos generales (emulación
computacional).
– Mirar la “historia de la vida”.

35. ¿Qué es la Vida?
• … una pregunta bastante controvertida.
• … evitamos los aspectos “espirituales”, y nos centramos en el
aspecto fenomenológico y funcional.
• Funcional significa: si al observador le parece vivo, es vida.
• … debemos tener presente que esta aproximación puede no
ser completa.
• ¿Porqué no hay una respuesta? … en palabras de Steven
Harnad:
– "¿Qué es estar 'realmente vivo’? Desde luego, no voy a ser capaz de responder a
esta pregunta, pero puedo sugerir una cosa que no es: No es acerca de satisfacer
una definición, al menos no en este momento, ya que tal definición debería estar
precedida por un verdadera teoría de la vida, que actualmente no tenemos"

36. ¿Qué es la Vida?... algunas características
• Dinámica, auto-organizada, autónoma.
• Organización unicelular y multicelular.
• Reproducción (sexual y asexual), crecimiento, y desarrollo.
• Metabolismo (no en equilibrio): Puede extraer y reciclar materia y energía.
• Adaptable y sujeta a la evolución por medio de selección natural.
• Auto-mantenimiento, auto-reparación y auto-reproducción.
• Organizada a múltiples escalas.
• Compleja: su dinñamica es el resultado de la interacción de muchos
componentes, el comportamiento complejo emerge de interacciones locales
simples.
• Interactúa con, y responde a, estímulos.
• Elección y toma de decisiones.
• Puede exhibir pensamiento consciente, lenguaje, etc.
… Pero esta lista no es exhaustiva,…

37. La Vida como la conocemos
• … no tiene porqué ser la única que puede producirse.
• Hay una “vida natural como podría ser”.
• Hay una “vida como podría ser”, incluyendo la VA, donde las
restricciones son menores.

38. La Vida como la conocemos
• Consiste de un rango limite de productos químicos:
– Proteínas
– Ácidos Nucleicos
– Azúcares
– Lípidos
– Solventes, principalmente agua
– Estructuras extracelulares, tales como huesos en el caso de organismos
multicelulares.
• Acuosa, encapsulación membranal que la limita en el espacio-tiempo.
• Solo las células, los organismos hechos de células y las biosferas hechas
de organismos pueden metabolizar y son autopoiéticos (capacidad
auto-creadora y auto-productora).

39. La Vida como la conocemos: la
molécula de la vida
• ADN(Ácido
Desoxirribonucléico)
– Codifica la “receta” de un
organismo vivo.
– Doble hélice formada a partir de
pares de nucleótidos:
A-T y C-G
– Tripletas de pares (codones) que
codifican aminoácidos y genes que
expresan las proteínas encargadas de
la estructura y función celular

40. La vida como la conocemos
Dogma Central: 4 etapas principales
1. Replicación: el ADN
replica su información en
un proceso que involucra
muchas enzimas
2. Transcripción: el ADN
codifica y produce el ARN
mensajero (mRNA)
3. Procesamiento: en las
células eucariotas, el
mRNA se procesa y migra
del núcleo al citoplasma
4. Traducción: el mRNA
lleva información
codificada a lo ribosomas,
que la “leen” para la
síntesis de proteínas.

41. La Vida como la conocemos:
procesos habituales
• Desarrollo: El proceso por el cual un sistema se transforma a medida que
madura. Incluye procesos como metamorfosis (p.e., en insectos), crecimiento
celular, diferenciación celular, morfogénesis, etc.
• Crecimiento celular: reproducción celular (una célula se reproduce formando 2
células hijas).
• Diferenciación celular: La transformación de un tipo general de célula en un
tipo particular (p.e., piel, sangre, hueso, cerebral, etc.) por medio de la expresión
de genes específicos.
• Morfogénesis: La emergencia de forma por medio del crecimiento, p.e. la forma
que toman varios órganos.
No libre de excepciones:
• La mula: no se puede reproducir, no puede evolucionar
• Virus: no puede auto-reproducirse, no tiene metabolismo
– El virus mosaico del tabaco se puede descomponer en sus proteínas, separarlas, y al volverlas a
juntas se auto-organiza y recupera su funcionalidad completamente.
• Prion: sin ácidos nucleicos, solo una extraña forma proteínica, corrompe la
producción normal de proteínas para reproducirse… revela la naturaleza mecánica
de la vida.

42. Niveles de Organización para Sistemas
Biológicos
La vida está organizada en muchos niveles y escalas:
• Moléculas (ADN, ARN, proteínas, aminoácidos, etc.)  Estructuras
subcelulares (membranas, canales, orgánulos, etc.)  Células
(neuronas, células sanguíneas, piel, etc.)  Conjuntos celulares 
Sub-órganos y subsistemas (córtex, espina dorsal, arterias, etc.) 
Órganos (piel, cerebro, corazón, etc.)  Sistemas (nervioso,
digestivo, inmune, etc.)  Organismos (plantas, animales, etc.) 
Poblaciones  Ecosistemas  Bioesfera  ??
¿Razones para la jerarquización?
• ¿Son más fáciles para evolucionar?
• Permite funcionar a diversas escalas temporales.
• La modularización facilita la auto-reparación…
• … y el desarrollo.

43. Lo que otros han dicho…
Objetos
Objetos No
Naturales
Objetos
Naturales
Objetos no
Vivos
Objetos
Potencialmente
vivos
Objetos
muertos
Objetos Vivos

44. Lo que otros han dicho…
"¿Cuál es el rasgo característico de la vida?,
¿cuándo se dice que un trozo de materia está
vivo? Cuando 'hace algo', se mueve,
intercambia material con su entorno, … y
durante un período de tiempo mucho más
largo de lo que cabría esperar de una pieza
de materia inanimada en circunstancias
similares. "(Schrodinger , 1944)
"La vida es la representación, el presenciar de productos químicos
anteriores, un entorno anterior de la Tierra primitiva que, gracias a
la vida, permanece en la Tierra actual. [...] La vida son las
bacterias, y los organismos que, sin ser bacteria, han evolucionado a
partir de los organismos que estaban“ (Margulis y Sagan, 1995)

45. Lo que otros han dicho…
• “La existencia de la vida debe ser considerada como un hecho
elemental que no puede ser explicado, pero que debe ser
considerado como un punto de partida para la Biología”.(Niels
Bohr, 1933)
• “En conexión con el una materia que definirla”.(Linus Pauling,
1938) origen de la vida, me gustaría decir que es a veces más
fácil estudiar
• “Los organismos vivos son CITROENS –Complex
Information-Transforming Reproducing Objects that Evolve
through Natural Selection.”(Leslie Orgel, 1973)
• “La vida es un estado dinámico de la materia organizada por la
información”(Manfred Eigen, 1992)
• “La vida es algo comestible, amable o letal”.(James Lovelock)

46. Una definición de diccionario
• “La condición que distingue animales y plantas de objetos
inorgánicos y organismos vivos, que se manifiesta a través del
metabolismo, reproducción y la capacidad de adaptación al
entorno por medio de cambios que se originan
internamente"(1984 Random House College Dictionary)
• Tipos de Vida:
– Humana “Inteligente”
– Animal
– Vegetal
– Hongos y Líquenes
– Multicelular
– Unicelular
– Virus simples y complejos
– Molecular (replicativos, autocatalíticos)

47. … en ausencia de definición…
caractericemos la vida
“La vida es un proceso”. (Norman Packard)
• La vida es un patrón espacio-temporal, más que un objeto
material: por ejemplo, la mayoría de nuestras células son reemplazadas
muchas veces durante nuestro tiempo de vida. Es el patrón y el
conjunto de relaciones lo importantes, más que las moléculas y las
células.
• Reproducción: si no del organismo en sí, al menos de algún
organismo relacionado.
• Conjunto de instrucciones de recombinación: por ejemplo, los
organismos biológicos almacenan una descripción de ellos mismos en
las moléculas de AND, que es interpretada y ejecutada en el contexto
de la maquinaria proteína/ARN.
• Metabolismo: que convierte materia y energía del entorno en
patrones y actividades del organismo.

48. … en ausencia de definición…
caractericemos la vida
“La vida es un proceso”. (Norman Packard)
• Interacción con el entorno: un organismo puede responder a, o
anticiparse a, cambios en su entorno. Los organismo crean y controlan
su propio entorno local interno.
• Interdependencia de partes: los componentes de un sistema vivo
dependen los unos de los otros para preservar la identidad del
organismo. Por tanto, no somos uno, sino una multitud actuando
como uno.
• Estabilidad frente a perturbaciones e insensibilidad a pequeños
cambios: lo que permite al organismo preservar su forma y continuar
su funcionamiento en un entorno “ruidoso”, o tras haber sufrido un
daño menor.
• Capacidad de evolucionar: no es una propiedad del organismo
individual, sino de su linaje. De hecho, la posesión de un linaje es una
característica importante de los sistemas vivos.

49. Dos conceptos importantes
• Homeostasis = “auto-regulación”
– La propiedad de un sistema abierto, especialmente los
organismos vivos, para regular su entorno interno para
mantener unas condiciones estables por medio de múltiples
ajustes dinámicos de equilibrio y controlado por mecanismos
de regulación interrelacionados.
Walter Cannon, Ross Ashby, Grey Walter, …
• Autopoiesis= “auto-producción”
– Originalmente concebido para caracterizar los sistemas vivos
naturales. Sistema que produce los componentes que necesita
para mantener la generación de dichos componentes. En
contraposición a alopoiesis.
Humberto Maturana, Francisco Varela, …

50. …si todo falla: Historia
• Si todo lo anterior falla, acudamos a la definición
que proviene de la Historia…
• La perspectiva histórica puede resultar apropiada
porque, en Historia, uno no intenta entenderlo
todo. La Historia es una “ciencia” que, dado un
conjunto ordenado de eventos, intenta separarlos en
dos grupos, aquellos que pueden entenderse como
consecuencia de algunos previos, y aquellos que
simplemente sucedieron por accidente. Estos
últimos eventos son descritos, pero no analizados…
lo que necesitamos para entender la evolución…

51. Los primeros indicios de Vida

52. El árbol de la Vida
• Hace 4*109 años: evolución de la célula bacteriana
(procariota)
• Hace 2*109años: evolución de la célula con núcleo
(eucariota)
The Tree of Life Project:
http://tolweb.org/tree
Los 5 reinos

53. Lecciones de la Historia
• Hay una tremenda variedad en las formas de vida.
• … pero el 99% de ellas están extintas.
• La evolución a veces es lenta… otras a grandes saltos
• La evolución sucede a varios niveles (individuos, poblaciones,
ecosistemas, …)
• La evolución tiene sus limitaciones: hay soluciones técnicas que
parecen obvias y que no se han obtenido:
– Hay solo unas pocas ruedas en la naturaleza, pero son una solución muy
buena.
• Sin embargo, la evolución puede encontrar soluciones que, debido a
que no hay una estructura comprensible que analizar, serían difíciles de
encontrar por medios racionales.
• Las soluciones racionales proporcionan diseños a los que es difícil
llegar por medio evolutivos, pero que resultan muy directos por
análisis.

54. Diseño Racional vs. Evolutivo
• Los humanos tendemos a diseñar de forma modular, de forma
que la estructura resultante sea comprensible de manera
global. Y afecta tanto a la planificación como al uso.
• La Naturaleza no necesita comprender la solución, solo
necesita ser efectiva.
• La evolución solo puede realizar optimizaciones que conlleven
un beneficio inmediato, pero no seguir estrategias que a
corto plazo sean peores aunque a largo plazo demuestren ser
más óptimas.
• El diseño racional suele combinar varias soluciones simples de
manera que unas se ajusten a otras de manera
predeterminada… la evolución es ciega y los ajustes se
producen por azar.

55. El Manifiesto de “Living Technology”
• … intenta desarrollar y explotar la combinación
de ambas aproximaciones: el diseño evolutivo
con el potencial racional humano.
• … no solo transfiere las formas de trabajar de la
naturaleza en un diseño artificial, sino que
simultáneamente intenta aprender los métodos
de ésta..

56. … un poco más de Vida Artificial
experimental
• ¿Cómo crear vida?
– ¡Toma materia y hazla vivir! (Bottom-up)…Síntesis
• Crear un sistema vivo (artificial)
• Estudiar la transición de la “no-vida” a la “vida”
– ¡Toma vida, y modifícala! (Top-down)… Análisis
• Estudia fósiles (vida primitiva)
• Estudia bacterias y procariotas (vida simple)
• Busca vida extraterrestre simple

57. ¿Cómo crear vida? …Síntesis
• Química Prebiotica: ¿qué moléculas son importantes para el
origen de la vida? (Oparin-Haldane model, “Sopa
Prebiotica”).
• Miller & Urey (1953), Juan Oro (1961): Descubren que los
aminoácidos pueden conseguirse a partir de HCN y NH3 en
solución acuosa. La adenina se puede producir en gran
cantidad, junto con otras 3 bases, en una atmósfera reducida.

58. ¿Cómo crear vida? …Análisis
• Nanobes: se consideran los organismos
más pequeños, unas 10 veces más pequeños
que las bacterias más pequeñas conocidas
(~ 20 nm de longitud)
• Se describieron por primera vez en 1996 por
P. Uwins. Algunos los creyeron simples
cristales, pero el hallazgo de AND en
algunas muestras de nenobes puede probar
lo contrario.
• Similares a estructuras que se encontraron
en ALH84001 (meteorito de Marte que se
encontró en la Antártida).

59. Forma de vida minimal
Por el momento, la menor entidad autopoiética es:
• Bacteria esférica, que rehúye el oxígeno y que requiere energía y
comida para mantener sus 500 genes y proteínas
• …O quizás el mycoplasm genitalium (bacteria de menos de 1 mm de
diámetro que forma parte de las paredes celulares como parásito)

60. Proyecto del Genoma Minimal
• Proyecto dirigido por Craig Venter que intenta
encontrar el menor conjunto funcional de genes
necesario para que un organismo viva y se
reproduzca. Se ha elegido la bacteria anterior
(Mycoplasma genitalium ) como punto de partida.
El experimento consistió en una eliminación
aleatoria de genes, mirando los signos vitales tras
cada eliminación.
• Resultados: parece que solo 265-330 de los genes
son necesarios para el crecimiento…

61. La Vida como podría ser
“La gran suposición es que un conjunto bien organizado de
primitivas artificiales que lleven a cabo los mismos roles
funcionales de las biomoléculas de los sistemas vivos naturales
serán capaces de proporcionar un proceso que será “vivo” en la
misma forma en que lo son los organismos naturales. VA será de
esta forma “vida genuina”, pero constituida de una forma
distinta a como se desarrolló en la Tierra” (Chris Langton, 1988)
¿Por dónde empezar? Por sus caracterizaciones:
• Replicación (un mundo basado en ARN)
• Metabolismo (Redes metabólicas de Kauffman)
• Compartimentos(Mundo Lípido, Doron Landset)

62. Posicionamientos VA
• La posición fuerte establece que “la vida es un
proceso que puede ser abstraído de cualquier medio
particular”(J.von Neumann). P.e., Tom Ray declaró
que su programa Tierra no “está simulando” la
vida, sino sintetizándola.
• La posición débil niega la posibilidad de generar
“procesos vivos” fuera de una solución química.
Sus seguidores intentar emular procesos similares a
los vivos para comprender los mecanismo
subyacentes el fenómeno de la vida.

63. Ampliando miras… ¿son entes vivos?

64. Algunos intentos históricos de VA
• 1495: Leonardo da Vinci diseñó (y
posiblemente construyó) el primer
humanoide.
• 1580: Se dice que el rabino Loewof,
en Praga, inventó el Golem, un
hombre de barro que adquirió la vida
del barro de Moldau.
• Siglo XVI: Karakuri-ningyo
construye un autómata japonés.
• 1739: el pato de Vaucason podía
mover las alas (más de 400 partes
móviles en cada ala), comer y
(supuestamente) defecar.

65. Precedentes en Computación…
• Alan Turing:
– “Intelligent machinery”(1948, 1969): búsqueda genética o evolutiva.
– “Computing machinery and intelligence”(1950): Introduce el Test de
Turing”(juego de imitación)
• John von Neumann
– “Theory and Organisation of Complicated Automata”(1949)
– “The Computer and the Brain”(1958)
• Nils Barricelli
– "Symbiogenetic Evolution Processes Realized by Artificial Methods“ (1957)
• John Holland (el primer PhD oficial en Computación)
– Algoritmos Genéticos (1960s)
– Adaptation in Natural and Artificial Systems(1975)
• John Conway
– Juego de la Vida (1970)
• Tom Ray
– Tierra (90’s): Organismos digitales compiten por tiempo y memoria en la CPU.

66. Algunos ejemplos concretos: Core War
• Juego publicado en mayo de 1984 en Scientific American: dos
o más programas, escritos en un lenguaje ensamblador
especial llamado Redcode, se enfrentan para conquistar toda
la memoria del ordenador.
• Se ejecuta en una máquina virtual llamada MARS (Memory
Array Redcode Simulator).
• Inspirado en Creeper, un programa que se autorreplicaba en
memoria hasta desplazar a programas mas útiles (“virus”), y
Reaper, creado para buscar y destruir copias de Creeper.
• Los programas luchadores se reproducen e intentan
corromper el código de los contrarios.
• No hay mutaciones.

67. Algunos ejemplos concretos: Biomorfos
• Creados por Richard Dawkins en el
tercer capítulo de su libro “The Blind
Watchmaker” (El relojero ciego):
• Pone de relieve la potencia de las micro-
mutaciones y la selección acumulativa.
• Biomorph Viewer permite moverse a través
del espacio genético (de 9 dimensiones
en este caso) e ir eligiendo la forma
deseada: El ojo del usuario realiza el
papel de selección natural.

68. Algunos ejemplos concretos: Biomorfos

69. Algunos ejemplos concretos: Criaturas
virtuales de Karl Sims
• Creados por Karl Sims en 1994.
– Sims hace evolucionar la morfología y el control neuronal de las criaturas.
– Fue uno de los primeros en usar un entorno 3D con física simulada en el
contexto de las aplicaciones de realidad virtual.
– La simulación de las leyes físicas incluye tener en cuenta la gravedad,
fricción, detección y respuesta a las colisiones y efectos viscosos de los
fluidos (por ejemplo en el agua simulada).
– Debido a esta física simulada, estos agentes interactúan de formas
inesperadas con el entorno.

70. Algunos ejemplos concretos: Criaturas
virtuales de Karl Sims

71. Algunos ejemplos concretos: Criaturas
virtuales de Karl Sims

72. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Creado por el biólogo Thomas Ray, inspirándose en el
juego “Core Wars”.
• Las criaturas están compuestas por una secuencia de
instrucciones en un lenguaje ensamblador simplificado
que se ejecuta sobre una máquina virtual.
• El universo de estas criaturas es un ordenador virtual, y
éstas compiten por espacio (memoria en el ordenador) y
energía (ciclos de CPU).
• La máquina virtual está diseñada con una pequeña tasa de
error para permitir mutaciones en la copia de las criaturas,
de forma análoga a la mutación natural.
• Se añade un programa que se encargue de matar a algunos
de los organismos, de forma análoga a las catástrofes
naturales.

73. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Al inicio se sitúa en el universo un único organismo,
escrito a mano por Ray, que simplemente se
reproduce. Tiene una longitud de 80 instrucciones y
tarda 800 ciclos en replicarse.
• Cuando el espacio se rellena en un 80%, los organismos
comienzan a competir por memoria y por CPU.
• Comienzan a surgir mutaciones de 79 instrucciones, y
algo más tarde aún menores, debido a que la evolución
de los organismos ha comenzado a optimizar el
código.

74. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Surge un organismo de solamente 45 instrucciones y
empieza a reproducirse con éxito. 45 instrucciones está
bastante por debajo del número mínimo de instrucciones
necesarias para la replicación.
• Estos organismos coexisten con otros de longitudes
superiores a las 70 instrucciones.
• Parece haber alguna relación entre el número de organismos
cortos y el número de organismos más largos.
• Estos organismos cortos no incorporan dentro de ellos el
código necesario para su replicación, sino que usan el
que tienen los organismos largos de forma parasitaria para
su replicación.

75. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Surge un organismo de gran longitud que ha desarrollado
inmunidad a los parásitos, y es capaz de “esconderse” de
ellos.
• Los parásitos evolucionan hacia una criatura de 51
instrucciones que es capaz de localizar a los organismos
inmunes.
• Aparecen hiperparásitos que son capaces de explotar a los
parásitos.
• Estos hiperparásitos comienzan a cooperar entre ellos
explotándose mutuamente.
• El sistema continúa evolucionando con criaturas con
actitudes competitivas y cooperativas, sorprendiendo
constantemente a su creador.

76. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Numerosos
anfitriones (rojo)
• Aparecen algunos
parásitos (amarillo)

77. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Los parásitos han
aumentado mucho.
• Los anfitriones en
disminución.
• Aparecen las primeras
criaturas inmunes
(azul)

78. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Los parásitos son
desplazados
espacialmente.
• Las criaturas no
resistentes disminuyen
aún más.
• Las criaturas inmunes
aumentan y desplazan
a los parásitos.

79. Algunos ejemplos concretos: El
programa Tierra
• Los parásitos escasean
aún más.
• Las criaturas no
resistentes continúan
disminuyendo.
• Las criaturas inmunes
son la forma de vida
dominante.

80. Algunos ejemplos concretos: SimLife

81. Algunos ejemplos concretos: SimLife
• Uno de los primeros ejemplos de software de
entretenimiento anunciado como basado en
investigaciones de vida artificial fue SimLife de
Maxis, publicado en 1993.
• En esencia, SimLife permite a un usuario
observar e interactuar con un ecosistema
simulado con un terreno y clima variable, y una
gran variedad de especies de plantas, animales
herbívoros y carnívoros.
• El ecosistema es simulado usando técnicas de
autómatas celulares, y hace poco uso de técnicas
de agentes autónomos.

82. Algunos ejemplos concretos: Creatures

83. Algunos ejemplos concretos: Creatures
• Creatures es un juego creado en 1996 para Windows 95 y Macintosh, y
que ofrece la posibilidad de relacionarse con tecnologías de vida
artificial.
• Creatures genera un entorno simulado en el que coexisten varios
agentes sintéticos con los que el usuario puede interactuar en tiempo
real. Los agentes, que reciben el nombre de Creatures pretenden ser una
especie de "mascotas virtuales".
• La arquitectura interna de las criaturas esta inspirada por la
biología animal. Cada criatura tiene una red neuronal responsable de
la coordinación motor-sensorial y de su comportamiento y una
bioquímica artificial que simula un metabolismo energético muy
sencillo y un sistema hormonal que interactúa con la red neuronal. Un
mecanismo de aprendizaje permite ir adaptándose a la red neuronal
durante la vida de la criatura.

84. Algunos ejemplos concretos: FramSticks

85. Algunos ejemplos concretos: FramSticks
• El objetivo es estudiar las capacidades de evolución
en condiciones similares a las de la tierra,
aunque simplificadas.
• Se usa un entorno tridimensional, representación de
los organismos mediante un genoma, estructura
física (cuerpo) y red neuronal (mente) definidas en
el genotipo, ciclo de comportamiento basado en
estímulos (entorno – receptores – mente – efectores
– entorno), operaciones de reconfiguración del
genotipo (mutación, cruce), necesidades energéticas
y especialización.

86. Algunos ejemplos concretos: Darwinbots