Os sistemas vivos – ao contrário dos objetos não vivos ou inanimados – usam informações sobre o ambiente circundante para sobreviver. Mas nem todas as informações do ambiente são significativas ou relevantes para a sobrevivência. O subconjunto de informações que é significativo e talvez necessário para estar vivo é chamado de informação semântica.

Num novo artigo publicado na PRX Life , físicos da Universidade de Rochester e seus coautores aplicaram, pela primeira vez, esta teoria da informação semântica a um modelo bem conhecido de sistemas vivos em biologia e ecologia: um organismo ou agente forrageador.

Usando um modelo matemático , os pesquisadores simularam como um agente forrageiro se move em um ambiente e coleta informações sobre recursos. As simulações revelaram o que os pesquisadores chamaram de limiar semântico: o ponto crítico onde a informação é importante para a sobrevivência do agente. Acima deste limiar, a remoção de alguma informação não afeta a sobrevivência, mas abaixo dele, cada pedaço de informação é crucial.

Ao quantificar as correlações ou ligações entre um agente e o seu ambiente, os investigadores estão a ajudar a revelar o papel da informação na capacidade desse agente de manter a sua própria existência.

Imagine um pássaro em sua floresta. Ele sabe onde encontrar os alimentos que armazenou para se alimentar. Digamos que você mova aquele pássaro 30 metros para uma parte diferente da floresta. “Ao fazer isso, você cortou algumas das correlações ou conexões da ave com seu ambiente, mas ainda existem correlações suficientes para que isso não afete a viabilidade ou a capacidade da ave de sobreviver”, explica Damian Sowinski, o líder autor do artigo e associado de pós-doutorado no Departamento de Física e Astronomia de Rochester.

Agora, mova o pássaro para 300 metros de distância – ou, mais drasticamente, para 1.600 quilômetros de distância.

“Eventualmente, a ave não saberá nada sobre o seu ambiente – todas as ligações serão cortadas. A viabilidade da ave vai desde não ser realmente afetada até, de repente, começar a despencar”, diz Sowinski.

Por outro lado, mover algo inanimado como uma pedra a 30 metros, 300 metros ou mesmo 1.600 quilômetros de distância não altera fundamentalmente as conexões entre o meio ambiente e a pedra. Isso ocorre porque a pedra não aproveita nenhuma informação – relevante ou irrelevante – sobre o seu entorno para se manter ou reproduzir.

“Uma das coisas mais básicas que a vida faz é consumir recursos enquanto navega no espaço”, diz o coautor Gourab Ghoshal, professor de física em Rochester. "Estas novas descobertas indicam que a nossa forma de pensar - a ideia de que existem informações relevantes e irrelevantes para a sobrevivência - mostra-se promissora quando aplicada num modelo simples de recolha de recursos. A grande questão agora é: será que a nossa forma de pensar ainda se aplicará com cada vez mais modelos complexos?"

Agência significa agir com um propósito ou responder ao ambiente de forma não aleatória. Isso requer estabelecer ligações significativas com o ambiente – interagindo, reagindo e depois agindo deliberadamente de formas que sejam auto-mantidas e auto-produzidas.

Então, quando e como surge a agência – num indivíduo, num grupo ou num sistema?

“Essa é uma questão filosófica profunda”, diz o coautor Adam Frank, professor Helen F. e Fred H. Gowen do Departamento de Física e Astronomia. "O objetivo dos avanços na ciência é pegar questões que costumavam ser domínio da especulação filosófica e encontrar uma maneira de falar sobre elas quantitativamente. Este artigo faz isso de uma forma matematicamente rigorosa."

Uma definição matemática de informação semântica tão amplamente aplicável poderia oferecer novos insights em todas as disciplinas – da biologia à ciência cognitiva , da filosofia à física – sobre como os sistemas vivos e não vivos estão relacionados. Essa é uma das razões pelas quais a Fundação John Templeton, uma organização filantrópica que financia bolsas acadêmicas sobre temas críticos que atravessam fronteiras disciplinares, religiosas e geográficas, tem apoiado a pesquisa da equipe.

“Ao utilizar esta linguagem da teoria da informação, estamos a criar uma ponte entre as narrativas mecanicistas nas ciências físicas e as narrativas mais informativas ou comportamentais utilizadas nas ciências da vida. ”, diz Sowinski.

Ele, tal como os seus colegas, está energizado para continuar a linha de investigação da equipa sobre o mistério fundamental da vida. Como diz Sowinski: “Nosso trabalho é um primeiro passo promissor para responder a uma questão maior: o que no mundo faz com que uma rocha sem vida cheia de seixos acabe sendo coberta por entidades intencionais que estão interagindo de forma significativa umas com as outras e com seu ambiente ? ”