Lyfe 的起源：通过联想学习生存的化学自主智能体

我们提出了一项关于自主化学智能体的基准研究，这些智能体表现出对环境特征的联想学习。联想学习在认知科学和人工智能中已被广泛研究，但最常见于在高度复杂或精心设计的系统中实现，如动物大脑、人工神经网络、DNA 计算系统和基因调控网络。编码环境相关性并利用其进行预测的能力是生物韧性的基准，并支撑了生命层级中大量的适应性反应，从被捕食动物物种预期捕食者的到来，到微生物中的表观遗传系统学习环境相关性。鉴于学习行为在生物圈中无处不在且不可或缺，我们旨在探索简单的、非生命的耗散结构是否也能表现出联想学习。受先前在化学网络中对联想学习建模的启发，我们模拟了由长期和短期记忆化学物质组成的简单系统，这些化学物质能够编码两种外部物质之间时间相关性的存在或缺失。这种学习关联的能力在 Gray-Scott 反应扩散斑点中实现，这是一种表现出自我复制和稳态的涌现化学模式。凭借联想学习这一新颖能力，我们证明了简单的化学模式可以表现出广泛的生命样行为，为自主化学学习系统的体外研究铺平了道路，并对人工生命、生命起源和系统化学具有潜在意义。这些学习行为在原细胞系统中的实验实现可以推进天体生物学中一个新颖的研究方向，因为我们的系统显著降低了涌现学习所需复杂性的下限。