Langtonin silmukka

Langtonin silmukka on biologi Christopher Langtonin kehittämä soluautomaattijärjestelmä, jossa on neliömäisiä hieman numeroa 9 muistuttavia silmukan muotoisia geenejä, jotka kiertävät kehää, ja joita ympäröi putkimainen suojakuori.

Nämä silmukat voivat synnyttää uusia silmukoita jakautumalla, niin kuin elävät solutkin tekevät. Langtonin silmukka ei Game of Life-pelin olioiden tavoin "synny tyhjästä" sisäisten sääntöjen pohjalta, vaikka Langtonin silmukoita onkin kyetty tuottamaan hieman yksinkertaisemmista Langtonin silmukoista.

Langtonin silmukat pohjautuvat John von Neumann ja Edgar F. Coddin esittämien systeemien yksinkertaistamiseen.

Kun Langtonin silmukka saa jatkaa rauhassa jakautumista, syntyy korallimainen "eliöyhteisö", jossa elävät, jakautuvat eliöt ympäröivät kuolleita eliöitä, samaan tapaan kuin koralliyhdyskunnassa. Silti Langtonin silmukka on eläviä olioita yksinkertaisempi. Siinä tapahtuvat prosessit eivät ole niin mutkikkaita kuin mitä elävissä soluissa tapahtuu.

Langtonin silmukan osat ja signaalit 

Langhtonin silmukka-ohjelman lähtötilanne on tavallisimmin yksi valmis silmukka, jossa on kuusi "suoraan eteenpäin -geeniä" jota merkitään luvulla "7", ja kaksi "käännös vasemmalle" -geeniä, jotka merkitään numerolla 4. Lisäksi geenirakenteessa näkyy sidoslankaa ja tyhjää tilaa. 2 on putki, joka ympäröi geeniä.

Langtonin silmukan lähtörakenne kuvattuna numeroilla:

   2 2 2 2 2 2 2 2
 2 1 7 0 1 4 0 1 4 2
 2 0 2 2 2 2 2 2 0 2
 2 7 2         2 1 2
 2 1 2         2 1 2
 2 0 2         2 1 2
 2 7 2         2 1 2
 2 1 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 2 2
 2 0 7 1 0 7 1 0 7 1 1 1 1 1
   2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

Tyypillinen Langhtonin silmukan geenirakenne on näin ollen "111117017017017017017014014011111".

Langtonin silmukkasysteemin perusyksikkö on solu, joita on neliömäisenä ruudukkona. Solulla voi olla 8 tilaa, jotka kuvataan tavallisimmin eri väreillä Tämä on eräs lukuista käytetyistä väreistä

0 musta tausta
1 punainen: lanka. geenisilmukan pohjarakenne
2 sininen: geenisilmukkaa ympäröivä kuori, "putki", 2 ja 1 voivat olla toisin päin
3 violetti?: käännös vasemmalle, ankkuri, idun loppu
4 keltainen: vasemmalle kasvava geeni, uuden idun alku, idun kasvu
5 turkoosi?: uuden idun aloituspiste
6 ?: "vanhemman" ja "lapsen" välisen yhteyden katkaisu
7 vihreä: geeni, suoraan eteenpäin
8 harmaa?: silmukan hajottaminen

Kehittyneempiä silmukoita 

Langtonin silmukoista on kehitetty eteenpäin kehittyneempiä, paremmin kuvaavia versioita, joita muun muassa japanilaiset ahkerasti tutkivat.

Evoloop 

Hiroki Sayaman kehittämä Langtonin silmukan muunnelma "evoloop" kykenee vuorovaikuttamaan ympäristön kanssa ja kehittymään evoluution kautta.

Monesti evolooppeja ajava kone luo tilanteen, jossa kilpaillaan elintilasta, ja useimmiten pienimmät evoloopit menestyvät parhaiten, koska kuluttavat vähiten ympäristöä. Joskus evoloopit törmäävät toisiinsa, ja tapahtuu geenien vaihtoa niin kuin bakteerien konjugaatiossa.

SDSR 

SDSR (engl. Structurally Dissolvable Self-Reproducing) eli Langtonin silmukkaa muistuttava rakenteisesti hajautuva itsejäljentävä soluautomaattisilmukka kuolee eli hajoaa joissain tilanteissa, mikä vastaa enemmän luonnollista tilannetta.

SDSR Evoloop

SDSR Evoloop muistuttaa vielä enemmän luonnollista ekosysteemiä, koska sen eliöt voivat kuolla, vuorovaikuttaa ympäristönsä kanssa ja kehittyä evoluution kautta. Näillä on havainnollistettu muun muassa Langtonin silmukkamaisten evolooppien synty satunnaisista putkien ympäröimistä geeneistä, jotka törmäilevät toisiinsa.

Katso myös 

Soluautomaatti
Keinoelämä

Lähteet

Aiheesta muualla 

Structurally Dissolvable Self-Reproducing Loop & Evoloop: Evolving SDSR Loop 
Evoloop java Applet
Complex Genetic Evolution of Self-Replicating Loops, PPT-tiedosto 

Keinoelämä