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 9459 раз

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Случайные статьи

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

Шея зауроподов была менее гибкая чем считалось раньше

16-08-2013 Просмотров:6583 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Шея зауроподов была менее гибкая чем считалось раньше

Новое теоретическое исследование, посвящённое страусам, показало, что компьютерная модель длинношеих зауроподов, использованная для моделирования движений динозавров в документальном фильме Би-би-си «Прогулки с динозаврами» и ставшая основой для экспозиции в Американском музее...

Стрижи проводят в воздухе по пол года

09-10-2013 Просмотров:7378 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Стрижи проводят в воздухе по пол года

В 2011 году исследователи из Швейцарского орнитологического института прикрепили к шести белобрюхим стрижам датчики, которые записывали все перемещения птиц. Белобрюхие стрижи — небольшие птички весом чуть больше 100 г — проводят лето...

Ученые нашли в Греции древнейшее "живое" дерево Европы

22-08-2016 Просмотров:4053 Новости Ботаники Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Ученые нашли в Греции древнейшее "живое" дерево Европы

Команда физиков и ботаников обнаружила в горах Пиндос на севере Греции тысячелетнюю боснийскую сосну, древнейшее на сегодняшний день дерево Европы, которое было современником киевского князя Игоря Рюриковича и византийского императора Константина VII Багрянородного, сообщает журнал...

Биохимики из МГУ выяснили, как клетка подает сигнал о повреждении…

01-04-2015 Просмотров:5328 Новости Цитологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Биохимики из МГУ выяснили, как клетка подает сигнал о повреждении ДНК

Биохимики из Московского государственного университета раскрыли детали работы ключевого механизма клетки, который оповещает внутренние защитные механизмы и организм в целом о повреждении ДНК и необходимости ее починки или "самоуничтожения" клетки, и опубликовали результаты исследования в журнале Proceedings of the...

Африканские рыбы оказались самыми скороспелыми позвоночными

06-09-2013 Просмотров:7452 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Африканские рыбы оказались самыми скороспелыми позвоночными

Африканские рыбы нотобранхии Nothobranchius kadleci и Nothobranchius furzeri достигают половой зрелости в рекордные сроки — всего лишь за 17–18 дней с момента появления на свет. Нотобранхии N. kadleci достаточно 17 дней,...

top-iconВверх

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