生命一定起源于一个没有生命的星球，它的复杂性是从哪里来的呢？( 三 ) _贝壳

几乎所有生物种群的数学模型中都会出现混沌。生态系统通常不会达到自然的某种静态平衡，相反，它们在奇异吸引子上徘徊，通常看起来相当相似，但总是在变化。
复杂性当今科学面临的许多问题都极其复杂。要管理珊瑚礁、森林或渔场，就必须了解一个高度复杂的生态系统，在这个系统中，看似无害的变化可能引发意想不到的问题。现实世界如此复杂，如此难以测量，传统的建模方法很难建立，更难以验证。为了应对这些挑战，越来越多的科学家开始相信，需要对我们模拟世界的方式进行根本性的改变。
20世纪80年代初，乔治·考恩意识到，一条前进的道路在于新发展的非线性动力学理论。在非线性动力学成为科学建模的主要方法之前，它的作用主要是理论上的。最深刻的工作是庞加莱关于天体力学的三体问题研究。这预测了天体轨道的高度复杂性，但对它们的确切情况却知之甚少。这证明了简单的方程可能没有简单的解，复杂性不是守恒的，但可以有更简单的起源。
细胞自动机在一种被称为细胞自动机的数学模型中，生物被简化为彩色小方块。当时约翰·冯·诺伊曼正试图理解生命自我复制的能力。想象一个由巨大的方格网格组成的宇宙，这些网格叫做细胞，就像一个巨大的棋盘。在任何时候，一个给定的方格都可以以某种状态存在。这个棋盘宇宙拥有自己的自然法则，描述了每个细胞的状态如何随着时间的推移而改变，并用颜色表示那些状态。这个棋盘宇宙的自然法则很简单：如果一个单元格是红色的，旁边有两个蓝色的单元格，那么它必须变成黄色。任何这样的系统都被称为元胞自动机，元胞是因为网格，自动机是因为它盲目地遵守列出的任何规则。

为了模拟生物最基本的特征，冯·诺伊曼创造了一种可以自我复制的细胞结构。它有20万个细胞，用29种不同的颜色来携带自己的编码描述。此描述可以盲目复制。冯·诺伊曼直到1966年才发表了他的研究成果，那时克里克和沃森已经发现了DNA的结构，生命是如何真正进行复制的也变得清晰起来。细胞自动机又被忽视了30年。
然而，到了20世纪80年代，人们对由大量简单部件组成的系统越来越感兴趣，这些部件相互作用产生一个复杂的整体。传统上，用数学方法对系统建模的最好方法是包含尽可能多的细节。但是这种高细节的方法对于非常复杂的系统来说是失败的。例如，假设你想了解兔子数量的增长。你不需要模拟兔子皮毛的长度，它们的耳朵有多长，或者它们的免疫系统是如何工作的。你只需要了解每只兔子的一些基本情况，它的年龄、性别、是否怀孕。然后你就可以把计算机资源集中在真正重要的事情上。

复杂系统支持这样一种观点，只要化学足够复杂，生命就有可能出现。

对于这类系统，元胞自动机是非常有效的。它们可以忽略有关单个组件的不必要细节，而将重点放在这些组件如何相互关联上。
地质学和生物学一个传统建模技术无法分析的复杂系统如河流流域和三角洲的形成。 Peter Burrough用细胞自动机解释了为什么这些自然特征会形成它们所拥有的形状。自动机模拟水、土地和泥沙之间的相互作用。研究结果解释了不同的土壤侵蚀速率如何影响河流的形状，以及河流如何带走土壤，这些都是河流工程的重要问题。
细胞自动机的另一个重要的应用发生在生物学上。斯图尔特·考夫曼应用了多种复杂理论技术来深入研究生物学中的另一个主要难题：有机形态的发展。一个有机体的生长和发育必须涉及大量的动态过程，它不仅仅是将DNA中保存的信息转化为有机形式的问题。一个有效的方法是将发展表述为一个复杂非线性系统的动力学。
细胞自动机给了我们一个关于生命起源的新视角。冯·诺伊曼的自我复制自动机非常特殊，它经过精心设计，可以复制高度复杂的初始配置。 1993年，研究人员开发了一种具有29个状态的细胞自动机，其中随机选择的初始状态可导致超过98%的自复制结构。在这个自动机中，自我复制的实体几乎是确定无疑的。
复杂系统支持这样一种观点，在一个化学成分足够复杂的无生命星球上，生命很可能自发地形成，并组织成更加复杂的形式。尚待理解的是，在我们的宇宙中，是什么样的规律导致了自我复制结构的自发出现，也就是说，是什么样的物理规律使这通向生命的关键第一步不仅可能，而且不可避免。