生命系统与无生命或无生命的物体不同，它们利用周围环境的信息来生存。但并非所有来自环境的信息都对生存有意义或相关。信息的子集是有意义的，也许是生存所必需的，被称为语义信息。
在《PRX Life》杂志上发表的一篇新论文中，罗切斯特大学的物理学家和他们的合著者首次将语义信息理论应用于生物学和生态学中一个众所周知的生命系统模型:一个寻找资源的有机体或代理。
利用数学模型，研究人员模拟了觅食体如何在环境中移动并收集有关资源的信息。模拟揭示了研究人员所谓的语义阈值:信息对代理人生存至关重要的临界点。超过这个阈值，删除一些信息不会影响生存，但低于这个阈值，每一点信息都至关重要。
通过量化代理与其环境之间的相关性或联系，研究人员正在帮助揭示信息在代理维持自身存在的能力中所起的作用。
想象一只鸟在它的森林里。它知道到哪里去找储存的食物来滋养自己。假设你把这只鸟移到森林的另一个地方100英尺。“通过这样做，你已经切断了鸟类与环境的一些相关性或联系，但仍然有足够的相关性，它不会影响鸟类的生存能力，或鸟类的生存能力，”达米安索温斯基解释说，他是该论文的第一作者，也是罗切斯特大学物理和天文学系的博士后。
现在，把鸟移到1000英尺外——或者更剧烈一点，1000英里外。
“最终，鸟儿将对环境一无所知——所有的联系都被切断了。鸟类的生存能力从没有真正受到影响到突然开始急剧下降，”索温斯基说。
相比之下，将一个无生命的东西，比如鹅卵石移动100英尺，1000英尺，甚至1000英里远，都不会从根本上改变环境和鹅卵石之间的联系。这是因为鹅卵石没有利用任何与周围环境相关或无关的信息来维持或繁殖自己。
“生命所做的最基本的事情之一就是在太空中航行时消耗资源，”合著者、罗切斯特大学物理学教授古尔拉布·戈沙尔说。“这些新发现表明，我们的思维方式——即存在与生存相关和不相关的信息的想法——在简单的资源搜寻模型中得到了应用。现在最大的问题是，我们的思维方式是否仍然适用于日益复杂的模型?”
能动性意味着有目的的行动或以非随机的方式对环境做出反应。这需要与环境建立有意义的联系——相互作用、反应，然后有意识地以自我维持和自我产生的方式行动。
那么，在个人、群体或系统中，能动性何时以及如何出现呢?
“这是一个深刻的哲学问题，”合著者亚当·弗兰克说，他是物理学和天文学系的海伦·f和弗雷德·h·高文教授。“科学进步的全部意义在于，把曾经属于哲学思辨领域的问题，找到一种定量讨论它们的方法。”这篇论文用一种严谨的数学方法做到了这一点。”
这种广泛适用的语义信息的数学定义可以为从生物学到认知科学，从哲学到物理学的各个学科提供新的见解，了解生命和非生命系统是如何相互关联的。这就是为什么约翰邓普顿基金会(John Templeton Foundation)支持该团队的研究的一个原因。邓普顿基金会是一个慈善组织，为跨越学科、宗教和地理界限的关键主题提供学术奖学金。
索温斯基说:“通过使用信息论的语言，我们在物理科学中的机械叙述和生命科学中使用的更多信息或行为叙述之间架起了一座桥梁。”
他和他的同事们一样，充满活力地继续研究小组对生命基本奥秘的探索。正如索文斯基所说，“我们的工作是回答一个更大问题的有希望的第一步:世界上是什么原因导致充满鹅卵石的无生命的岩石最终被有目的的实体所覆盖，这些实体与彼此以及它们的环境进行有意义的互动?”
