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 9390 раз

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Случайные статьи

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

"Горб" Луны помог ученым выяснить, когда на Земле возник океан

08-02-2018 Просмотров:738 Новости Окенологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

"Горб" Луны помог ученым выяснить, когда на Земле возник океан

Загадочный "горб" на экваторе Луны указал на то, что Земля была лишена океанов из жидкой воды на протяжении первых 400-500 миллионов лет своего существования, что накладывает серьезные ограничения на время зарождения жизни, говорится в статье, опубликованной...

Ошиблись с насекомыми

16-06-2010 Просмотров:8180 Новости Зоологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Ошиблись с насекомыми

Новые расчеты, публикуемые журналом The American Naturalist, позволили исправить давнюю ошибку. На нашей планете, оказывается, живет не несколько десятков миллионов видов живых организмов, а «лишь» несколько миллионов. Столь крупная ошибка...

Описан крупнейший зубастый птерозавр

16-02-2012 Просмотров:10763 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Описан крупнейший зубастый птерозавр

Палеонтологи определили птерозавра с самыми крупными зубами. Coloborhynchus capito (изображение Mark Witton, University of Portsmouth)К тому же Coloborhynchus capito назван крупнейшим из известных зубастых птерозавров: размах крыльев достигал семи метров. «Два первых...

Палеонтологи нашли в Ростовской области древнейшего паука

27-12-2013 Просмотров:9725 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Палеонтологи нашли в Ростовской области древнейшего паука

Российские ученые обнаружили в каменноугольных отложениях Украины древнейшего паука. Его возраст составляет около 315 миллионов лет. Статья с описанием находки опубликована в журнале Paläontologische Zeitschrift. Статью подготовили Дмитрий Щербаков и Кирилл Еськов из...

Установлен истинный окрас древних морских рептилий

13-01-2014 Просмотров:6357 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Установлен истинный окрас древних морских рептилий

Мягкие ткани сохраняются очень редко, поэтому все красочные рисунки, на которых изображены давно вымершие существа, в значительной степени плод фантазии. На самом деле доподлинно неизвестно, как они выглядели и какого...

top-iconВверх

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