Мир дикой природы на wwlife.ru
Вы находитесь здесь:Новости>>Новости Эволюции>>Как эволюционирует способность к эволюции

Понедельник, 16 Июль 2012 23:40

Как эволюционирует способность к эволюции

Автор 

 

 

 

Инженерам давно известно, что лучше всего собирать систему из модулей. Если один из компонентов перестанет работать, достаточно его заменить, будь то видеокарта компьютера, генератор автомобиля или камера космического телескопа.

Изображение Jason PriemНапротив, если проблемы начнутся у монолитного комплекса (экономики, финансовых рынков), их будет очень трудно исправить.

Как ни странно, это правило действует и в природе. Биологические системы, как правило, модульны — в частности те, которые могут рассматриваться как сети: мозг, генетические регуляторные сети, метаболические пути. (Сети являются модульными, если они содержат сильно связанные друг с другом скопления узлов, которые с другими кластерами соединены очень слабо.)

Здесь возникает важный вопрос: каким образом биологические сети приобрели такое свойство? Должно быть какое-то эволюционное давление, но какое?

Тайна усугубляется преимуществами, которые даёт модульность. Это делает системы более способными к развитию в случае изменения окружающих условий. Поскольку мутации влияют обычно на один модуль, они приводят к конкретным небольшим изменениям приспособляемости системы. Эволюция с лёгкостью выбирает между «за» и «против» этих изменений.

Немодульным системам развиваться сложнее, потому что мутации в них обычно влияют на всю систему и далеко не всегда оказываются полезными, о чём свидетельствуют различные эксперименты.

Но модульность, само собой, даёт явное преимущество, когда она уже существует. Это не объясняет, как и почему она развивается.

Недостатка в гипотезах нет. Одна из точек зрения гласит, что модульность возникает в быстро меняющейся среде, в которой существуют общие подзадачи, но различные проблемы первого уровня. Однако реальных доказательств в пользу этого мнения пока не найдено.

По этим причинам появление модульности остаётся одним из наиболее важных открытых вопросов в биологии.

Ход Липсон из Корнеллского университета (США) и его коллеги предлагают ещё одно объяснение. По их словам, недооценивается такой ключевой фактор, как стоимость создания и поддержки сети. «Модульность развивается не потому, что она расширяет возможности эволюции, а в качестве побочного продукта снижения стоимости подключения к сети», — говорят исследователи.

Речь идёт о расходах на изготовление соединений и их содержание, об энергии, необходимой для передачи информации по ним и для сдерживания сигналов. Стоимость растёт с увеличением числа соединений и их длины.

«Действительно, многочисленные исследования сосудистой и нервной систем (в том числе головного мозга) показали, что суммарная длина схемы сведена к минимуму», — подчёркивают авторы гипотезы.

Очевидно, что у таких сетей есть важные преимущества.

Для проверки идеи г-н Липсон и коллеги разработали компьютерную среду для измерения способности различных сетей приспосабливаться к тем или иным обстоятельствам. Поначалу сети были случайными, и ни одна из них не показала хороших результатов. Но некоторые были чуть лучше других, и именно они чаще давали «потомство». Следующее поколение не являлось точной копией предыдущего, ибо содержало случайные изменения. Таким образом и происходит биологическая эволюция.

Компьютер измерял сети по двум критериям. Первый был очень простым: насколько хорошо система распознавала некий набор входных данных. А второй требовал принять во внимание затраты на поддержание сети.

Так вот, сети, которые демонстрировали лучшие показатели по первому критерию, через 25 тыс. поколений точно идентифицировали входящие сигналы. Но только те, что набирали больше баллов по второму критерию, были модульными. То есть модульность делает систему более гибкой (в мире ограниченных ресурсов минимум затрат — важное преимущество), но дело не в стремлении к модульности, а в необходимости свести к минимуму расходы.

Результаты исследования, опубликованные на сайте arXiv, могут иметь большое практическое значение. В последние годы так называемые эволюционные вычисления используются всё чаще — и в анализе рентгеновских снимков, и в работе с наборами данных для проектирования (например, деталей для сверхзвуковых самолётов). При этом инженеры никак не могли понять, как заставить систему стать модульной. Быть может, теперь НТР пойдёт ещё немного быстрее?..

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

 

 

 

 

Прочитано 9333 раз

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Случайные статьи

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Предыдущая Следующая

Эпигенетическими модификациями ДНК растений управляют малые регуляторные РНК

22-09-2012 Просмотров:7792 Новости Генетики Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Эпигенетическими модификациями ДНК растений управляют малые регуляторные РНК

Учёным удалось отчасти понять, как растениям удаётся передавать эпигенетический код из поколения в поколение. Схематический портрет молекулярного комплекса ДНК и фермента ДНК-метилтрансферазы (рисунок Laguna Design)Про эпигенетический код наука знает давно, но...

Когда ум соответствует размеру мозга

05-02-2012 Просмотров:9905 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Когда ум соответствует размеру мозга

У трёхиглой колюшки половой диморфизм проявляется в размере мозга: у самцов он намного крупнее, из-за чего колюшки являются едва ли не единственным видом, у которого разница в поведении полов обусловливается...

Ученые раскрыли генетические тайны ящериц с зеленой кровью

18-05-2018 Просмотров:404 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Ученые раскрыли генетические тайны ящериц с зеленой кровью

Биологи впервые расшифровали ДНК зеленокровных сцинков – уникальных ящериц с зеленой кровью, ядовитой для всех остальных животных Земли, и выяснили, что подобная необычная черта развивалась у них четыре раза, говорится в статье, опубликованной в журнале Science...

Сейшельские лягушки используют рот в качестве уха

03-09-2013 Просмотров:6452 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Сейшельские лягушки используют рот в качестве уха

Лягушки Sechellophryne gardineri проживающие на Сейшельских островах, являются одними из самых маленьких лягушек в мире. Не смотря на то, что у них отсутствуют слуховые  косточки и барабанные перепонки, они способны...

Стерлядь сибирская - Acipenser ruthenus marsiglii

14-11-2012 Просмотров:11036 Рыбы Енисея Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Стерлядь сибирская - Acipenser ruthenus marsiglii

До зарегулирования стока Енисея стерлядь встречалась практически повсеместно - от верховьев до дельты и губы с горлом включительно, включая многочисленные притоки. В настоящее время ареал стерляди значительно сократился. Она сохранила...

top-iconВверх

© 2009-2019 Мир дикой природы на wwlife.ru. При использование материала, рабочая ссылка на него обязательна.