Autorreplicación para niños
La autorreplicación es un proceso fascinante donde algo puede hacer una copia de sí mismo. Piensa en cómo las células de tu cuerpo se multiplican: en un ambiente adecuado, se dividen para crear nuevas células. Durante este proceso, el ADN (que contiene toda la información de la célula) se copia y se pasa a las nuevas células.
Los virus biológicos también se replican, pero necesitan la ayuda de las células de otros seres vivos para hacerlo. Es como si usaran la "fábrica" de la célula para hacer sus propias copias. De manera similar, los virus informáticos se copian usando los programas y equipos que ya están en las computadoras.
Contenido
¿Qué es la Autorreplicación?
La autorreplicación es la capacidad de un sistema para crear copias de sí mismo. Este concepto es clave en la biología, la informática y la ingeniería.
La Teoría de John von Neumann
Hace mucho tiempo, un científico llamado John von Neumann estudió cómo funcionan los sistemas que se copian a sí mismos. Él sugirió que un replicador común tiene varias partes importantes:
- Un genoma: Es como un manual de instrucciones compacto y resistente a errores. En los seres vivos, este es el ADN.
- Mecanismos para copiar y reparar el genoma: Son las herramientas que leen y duplican las instrucciones. En la biología, esto lo hace una proteína llamada polimerasa del ADN.
- Un organismo que reúne los recursos y la energía: Es la parte que construye y usa las instrucciones. En las células, los ribosomas son como pequeñas fábricas que construyen lo necesario.
Existen excepciones a esta idea. Por ejemplo, los científicos han logrado que el ARN (otro tipo de molécula) se copie a sí mismo en un laboratorio. En este caso, el ARN es tanto el manual de instrucciones como la parte que se copia.
Tipos de Sistemas Autorreplicantes
Los científicos han clasificado los sistemas que se autorreplican según la ayuda que necesitan para hacer copias:
- Replicadores naturales: Son los que encontramos en la naturaleza, como las formas de vida. Su diseño no fue hecho por humanos.
- Replicadores autótrofos: Pueden copiarse a sí mismos usando solo los materiales que encuentran en su entorno. Es como si pudieran fabricar todo lo que necesitan desde cero. Se piensa que los humanos podrían diseñar máquinas así en el futuro.
- Sistemas autorreproductivos: Estos sistemas pueden hacer copias de sí mismos usando materiales industriales, como barras de metal o cables.
- Sistemas autoensamblables: Son sistemas que se arman solos para formar una copia completa. Ya se han visto ejemplos sencillos de esto a gran escala.
Los expertos Robert Freitas y Ralph Merkle han identificado muchas formas diferentes en que las máquinas pueden replicarse.
Programas de Computadora que se Copian
En el mundo de la informática, un programa que se copia a sí mismo se llama "quine". Cuando ejecutas un quine, su resultado es una copia exacta de su propio código.
Un ejemplo muy simple de un programa que se copia es uno que simplemente copia cualquier información que se le dé, y luego se copia a sí mismo. En este caso, el programa es tanto el código que se ejecuta como los datos que se copian. Este método es común en muchos sistemas autorreplicantes, incluso en la biología.
En algunos lenguajes de programación, un programa vacío (sin código) puede considerarse un programa que se autorreplica. Esto se debe a que, al ejecutarse, no produce nada, y su "salida" es igual a su "código fuente" (que es nada).
Azulejos que se Copian a Sí Mismos
En geometría, un "azulejo autorreplicador" es un patrón donde varias piezas iguales pueden unirse para formar una pieza más grande que tiene la misma forma que la original. Un ejemplo es la "esfinge" poliamante, que es el único pentágono conocido que se autorreplica. Cuatro de estas formas pueden unirse para crear una esfinge del doble de tamaño. Solomon W. Golomb llamó a estos patrones "Azulejos-Rep".
Aplicaciones de la Autorreplicación
Crear máquinas que se copien a sí mismas es un objetivo importante en la ingeniería. La idea es que, si una máquina puede hacer sus propias copias, el costo de fabricar muchas cosas podría ser muy bajo. Esto se debe a que se reducirían los gastos de mano de obra, capital y distribución.
Un replicador artificial es un objetivo que podría lograrse pronto. Un estudio de la NASA comparó la complejidad de una máquina replicadora con la de un procesador Intel Pentium 4. Esto significa que la tecnología para crearla podría estar al alcance de un grupo de ingenieros en un tiempo y costo razonables.
El gran interés en la biotecnología podría llevar a avances importantes en la capacidad de las células para replicarse.
Una aplicación práctica de la autorreplicación se ve en la creación de compiladores (programas que traducen código). Un compilador puede usarse para crear una nueva versión de sí mismo. Este proceso es guiado por ingenieros, no por el programa mismo.
Máquinas que se Copian a Sí Mismas
Uno de los grandes sueños en la robótica es construir máquinas que puedan copiarse a sí mismas. A estas se les llama a veces "máquinas de von Neumann". Para que un robot o un grupo de robots se autorreplique, necesitaría:
- Conseguir materiales para construir.
- Fabricar piezas nuevas.
- Tener una fuente de energía.
- Programar a los nuevos robots.
Todavía no se ha construido un robot que pueda hacer todo esto por sí mismo, aunque sí existen sistemas que pueden autoensamblarse de forma limitada en condiciones controladas.
A una escala muy pequeña (nanométrica), también se podrían diseñar máquinas para que se copien a sí mismas. Esto ha llevado a ideas en la ciencia ficción sobre el "goo gris", donde pequeñas máquinas se replican sin control.
El Foresight Institute ha dado recomendaciones para que los investigadores eviten que los replicadores mecánicos se salgan de control.
Áreas de Estudio de la Autorreplicación
La investigación sobre la autorreplicación se ha desarrollado en varias áreas:
- Genética: Estudia cómo se copian los ácidos nucleicos (como el ADN) y cómo interactúan. La capacidad de estas moléculas para almacenar y copiar información es la base de la herencia.
- Memética: Estudia cómo las ideas se propagan en la cultura humana. Los "memes" (ideas) se parecen a los virus en su forma de difundirse.
- Nanotecnología molecular: Se refiere a la construcción de máquinas a escala muy pequeña. Sin la autorreplicación, el costo de construir estas máquinas sería enorme.
- Recursos espaciales: La NASA ha investigado cómo diseñar máquinas replicadoras para usar los recursos en el espacio. La mayoría de estos diseños incluyen máquinas que se copian a sí mismas.
- Seguridad informática: Muchos problemas en las computadoras son causados por programas que se copian a sí mismos, como los gusanos y virus informáticos.
- Computación paralela: En sistemas con muchas computadoras, es útil que los programas se carguen automáticamente usando "agentes móviles" que se copian. Esto ahorra tiempo y acelera los resultados.
La Autorreplicación en la Industria
Exploración Espacial y Fabricación
El objetivo de la autorreplicación en el espacio es usar grandes cantidades de material con poco combustible de lanzamiento. Por ejemplo, una máquina autorreplicante podría cubrir una luna o un planeta con paneles solares para obtener energía. Una vez en funcionamiento, esta misma maquinaria podría producir materias primas o fabricar objetos, incluyendo sistemas de transporte. Otro modelo es una máquina que se copia a sí misma por toda la galaxia, facilitando el envío de información.
Estos sistemas, al ser autótrofos (se autoabastecen), son los más complejos y, según algunos, los más "peligrosos" porque no necesitarían la intervención humana para reproducirse.
Un estudio clásico de la NASA de 1980, editado por Robert Freitas, analizó las máquinas replicadoras autótrofas en el espacio. Gran parte del estudio se centró en cómo procesar el regolito lunar (el polvo de la Luna) para obtener los elementos necesarios.
El diseño de referencia era de pequeños carros eléctricos controlados por computadora que se moverían sobre rieles. Cada carro tendría un brazo robótico o una pequeña pala, formando un robot básico. La energía vendría de paneles solares. Un robot podría usar su brazo para hacer moldes de yeso y luego producir la mayoría de las piezas.
También se pensó en una "fábrica de chips" para producir computadoras y sistemas electrónicos, aunque los diseñadores sugirieron que podría ser más práctico enviar los chips desde la Tierra.
Fabricación Molecular
Los nanotecnólogos creen que su trabajo no alcanzará su máximo potencial hasta que se diseñe un "ensamblador" (una máquina que construye cosas) a escala nanométrica que pueda copiarse a sí mismo.
Estos sistemas son más sencillos que los autótrofos porque siempre tienen materias primas purificadas y energía. No tienen que producirlas. En 2003, se demostró experimentalmente un robot LEGO autónomo que podía seguir un programa y ensamblar una copia exacta de sí mismo a partir de cuatro componentes externos.
Simplemente usar la capacidad de replicación de las células no es suficiente debido a sus limitaciones. Lo que se necesita es diseñar un replicador completamente nuevo con una capacidad de fabricación mucho más amplia.
Galería de imágenes
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Cuatro "esfinges" pueden unirse para formar una más grande.
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Una máquina autorreplicante simple.
Véase también
En inglés: Self-replication Facts for Kids
