Мир дикой природы на wwlife.ru - Как эволюционирует способность к эволюции
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 9113 раз

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Случайные статьи

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

Движущая сила хромосом при делении клеток

21-10-2016 Просмотров:3146 Новости Генетики Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Движущая сила хромосом при делении клеток

Ученые из университета Массачусетса в Амхерсте (США), под руководством ассистента-профессора Томаса Марески (Thomas Maresca) измерили величину силы, двигающей хромосомы во время деления клеток. Статью об этом, опубликованную в журнале Nature...

Хондры сформировались в гигантских столкновениях

10-07-2013 Просмотров:6048 Новости Астрономии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Хондры сформировались в гигантских столкновениях

Алексей Федькин и Лоуренс Гроссман (Lawrence Grossman) из Чикагского университета (США) предложили новое объяснение для загадки хондр — быстро затвердевших капель расплавленных силикатов, составляющих основной компонент метеоритов хондритного типа. Ранняя Солнечная...

Рапторы были соседями тирексов

26-12-2013 Просмотров:5990 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Рапторы были соседями тирексов

Канадские палеонтологи обнаружили новый род небольших двуногих хищных динозавров, обычно называемых рапторами. Acheroraptor temertyorum стал самым молодым представителем своей группы и жил бок о бок с такими гигантами, как Tyrannosaurus...

Казахстан. Мерке 2012

05-03-2015 Просмотров:5520 Экспедиции Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Казахстан. Мерке 2012

 В этот раз мы переместимся к границе Казахстана с Узбекистаном и Киргизией, где среди гор, расположено два интересных природных парка. Аксу-Жабаглинский заповедникНаше путешествие начнется с находящегося на юге Казахстана Аксу-Жабаглинского заповедника.

В Израиле нашли неолитического барана

09-09-2012 Просмотров:9894 Новости Антропологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

В Израиле нашли неолитического барана

Древние статуэтки изображали первых одомашненных животных. Yael Yolovitch, courtesy of the Israel Antiquities AuthorityПредставители Израильского управления древностей сообщили об обнаружении двух неолитических статуэток. Они были найдены в окрестностях Иерусалима, во время...

top-iconВверх

© 2009-2018 Мир дикой природы на wwlife.ru. При использование материала, рабочая ссылка на него обязательна.