Искусственная Эволюция

[amoeba]

Недавно открылся проект, посвященный популяризации теории эволюции в игровой форме. Его участники могут наблюдать за эволюцией популяции виртуальных живых организмов у себя на компьютере. Глобальная эволюция осуществляется при взаимодействии особей из популяций разных участников.

Сайт проекта: //www.amebas.ru

Не секрет, что многие люди плохо воспринимают идеи эволюции, потому что в обычной жизни им не приходится сталкиваться с чем-либо подобным. Здесь же все происходит в режиме реального времени. За один день может пройти более тысячи поколений и уже появляется возможность наблюдать наглядные результаты. Надеюсь, что этот проект поможет в борьбе с пропагандой креационизма среди молодежи.

Интересно, что специалисты думают по этому поводу?

[Boyarshin]

Что-то специалисты отвечать не торопятся... А пока есть вопросы у студенческой аудитории.

Насколько я об этом слышал, попытки компьютерного моделирования сколько-нибудь масштабных эволюционных процессов принято критиковать- дескать, ни одну компьютерную программу нельзя сравнить по сложности с теми системами, в которых шла и идёт эволюция в реальности.
С другой стороны- результаты таких попыток будут свидетельствовать о том, насколько верно мы сегодня представляем себе принципы, лежащие в основе эволюционных процессов, закладывая их в компьютерную программу. Поэтому, как мне кажется, всем потенциальным пользователям программы в первую очередь будет интересно в популярной форме узнать, как отражены в программе «Амёбы» принципы наследственности и изменчивости, каков механизм «естественного» отбора.
Вопросы, которые возникли у меня в первую очередь по сути программы:
Ограничено ли количество полезных свойств, которые могут приобретать «амёбы»?
Эти свойства продуманы авторами или же они могут случайно генерироваться и случайно оказываться полезными?

Понятно, что программа «Амёбы» как модель очень груба уже потому, что идея борьбы за выживание подана в ней в примитивной и «гратескной» форме- это не конкуренция за некий жизненно важный ресурс, а просто взаимоуничтожение. Здесь нет места многообразию форм адаптации, многообразию идущих в популяциях генетических процессов. Но их и нельзя вместить в работу простенькой программы по сугубо техническим причинам. Мне кажется, авторам стоит обнародовать скромные задачи, которые они ставили перед программой и указать, каких задач перед ней они точно не ставили, иначе её примитивность может стать только лишним поводом для и без того прижившейся даже и в научных кругах иронии над теорией эволюции и её сторонниками.

С уважением,
К. Б.

[amoeba]

Разумеется, эта программа не претендует на полномасштабное моделирование эволюции биосферы и вряд ли пригодится для серьезных научных исследований. Она предназначена скорее для непрофессионалов и может выполнять научно-популярную функцию. Важно, что с её помощью можно наглядно наблюдать хоть какую-то нетривиальную адаптацию. Просто некоторые ведь вообще не верят, что серия мутаций может привести к какому-либо улучшению чего-либо. Специалисты же могли бы участвовать в этом проекте, скорее, для развлечения.

Имело бы смысл сравнивать программу «Амебы» не с природной эволюцией, а с другими подобными продуктами. Кстати, интересно, какие программы из этой области Вы считаете менее примитивными?

Конечно, то, что жизнедеятельность амеб исчерпывается борьбой с себе подобными ни в коем случае не является намеком на то, что в природе борьба за выживание сводится к взаимному уничтожению. Просто, на мой взгляд, такая модель позволит получить более интересные результаты, чем при адаптации к статическим условиям. В большинстве подобных проектов для определения приспособленности организмов проверялось, как он выполняет определенные действия (а кое-где «организмы» просто являлись набором чисел, по которым вычисляли функцию приспособленности). При этом выполнение этих действий одним организмом не завесило от действий других, сравнение происходило по достигнутому результату. Так как модель среды обычно выбиралась не очень сложная, то за относительно небольшой период появлялся некий вид, достаточно хорошо выполнявший задачу, после чего рост приспособленности заметно замедлялся. Нередко при этом делался вывод, что дальнейшей адаптации и не предвидится, после чего эксперимент прекращался. Вероятно, идя по этому пути, можно добиться более интересных результатов, если будет разработана более сложная модель среды. Однако при этом на обработку одного поколения на компьютере будет уходить больше времени. Кроме того, модель должна быть не просто сложной, но и тщательно сбалансированной. Она должна допускать постепенную адаптацию от простого к сложному. В ней должны быть созданы условия для существования простых, но жизнеспособных форм. Чтобы получить разнообразие адаптации при конкуренции за ресурсы, потребовалось бы возможность существования и параллельной эволюции организмов из сразу нескольких экологических ниш.
В случае же непосредственного противоборства объектов эволюции есть надежда обойти эти проблемы более простым способом. В начале, когда действия организмов хаотичны, приспособиться побеждать таких амеб не трудно. В дальнейшем понадобятся все более изощренные способы адаптации. Условия существования будут усложняться по мере эволюции. Есть надежда, что такое усложнение будет продолжаться почти до бесконечности. Модель, по которой происходят соревнования амеб, с одной стороны, существенно не дискретна, а с другой она не допускает устойчивую непрерывную аппроксимацию. Это значит, что такая задача не может быть решена традиционными переборными методами искусственного интеллекта, равно как и традиционными аналитическими методами. При этом модель строго детерминированная, небольшой шум накладывается лишь на начальное положение. В дальнейшем все зависит от решений, принятых искусственным интеллектом амеб (впрочем, он может принимать их, используя датчик случайных чисел). Таким образом, при соревновании двух идентичных организмов достаточно лишь небольших изменений в поведении одного из них, чтобы другой начал чаще проигрывать хотя бы с небольшим отрывом. Наличие простого оптимального решения в таких условиях мне кажется маловероятным.

Впрочем, пока еще рано утверждать что-то определенное о дальнейшем развитии эксперимента. Это предстоит выяснить на практике. Что касается масштабности моделирования эволюции, то здесь все зависит от числа участников.

Кстати, для «амеб» можно смоделировать и статическую адаптацию. При добавлении особей определенного вида в контрольную группу, результаты соревнования с ними будут учитываться для оценки приспособленности всех организмов из популяции. Сами же особи в контрольной группе не эволюционируют. Таким образом, можно задавать дополнительный фактор «естественного» отбора. При определенной доли фантазии можно считать, что организмы в контрольной группе – это та пища, которой питаются амебы из основных популяций, и они должны приспособиться лучше её добывать. Или же наоборот - это хищники, от которых надо защищаться. Иногда можно наблюдать и что-то вроде паразитизма: появляется такой вид амеб, которые не пытаются атаковать противника, а уклоняются от столкновения и ждут, когда он сам себе нанесет повреждение. Правда, при сражении двух особей такого вида обе оказываются в проигрыше благодаря специальному штрафу. С другой стороны, иногда можно наблюдать такую интересную форму адаптации, когда особи одного вида «подыгрывают» друг другу, увеличивая дисперсию результата в таком бою. При этом отдельные особи такого вида получают возможность набрать больше очков и вырваться в лидеры, произведя затем больше потомков.

Теперь немного про механизмы наследственности и изменчивости. Каждая особь обладает набором из нескольких хромосом, в которых может содержаться несколько генов. Правда, в отличие от природы, здесь этот набор одинарный, но мне кажется, что с точки зрения базовых принципов эволюции это не так существенно, если учесть, что компьютерные коды не нуждаются в постоянном самовосстановлении. Зато есть механизм выключения и включения отдельных генов, не связанный с подавлением альтернативных аллелей. Впрочем, в других подобных проектах я тоже не встречал дублирования генетической информации, разве что в тех, где моделировались отдельные специфические проявления эволюции, вроде дрейфа нейтральных генов.
Так вот, при спаривании потомок получает по одному экземпляру каждой хромосомы от одного из родителей. Существует также вероятность комбинации родительских генов внутри одной хромосомы (кроссинговер). Ген состоит из последовательности элементарных команд. В результате мутаций эти элементарные команды могут меняться, появляться и удаляться случайным образом. Могут возникать новые гены, а старые исчезать. Предусмотрено несколько механизмов, благодаря которым каждый ген может отвечать за определенную функцию, независимо от других генов. То есть, изначально этого нет, и все команды разбросаны хаотично. Никакие полезные свойства искусственно не задавались. Но есть предположение, что в результате эволюции организмы выработают именно такую структуру кода, в которой будет использовано функциональное разделение генов. Ведь в этом случае должна существенно возрасти эффективность спаривания, следовательно, такие организмы будут быстрее адаптироваться. Впрочем, это еще предстоит проверить на практике. Вот в других проектах я почему-то подобного не нашел. Там, обычно, если вообще было спаривание, то присутствовала только одна хромосома, которая могла разрываться для комбинирования с другой в любом месте. То есть генами там фактически являлись элементарные команды, которые вряд ли могли задавать какой-то существенный признак. Разве что в некоторых экспериментах заранее определялся набор признаков, и каждый из этих признаков задавался отдельной числовой характеристикой, которая и формировала ген. Но такой подход, на мой взгляд, дальше от природы.

Что касается ироничного отношения к теории эволюции в научной среде, то, как мне кажется, это свидетельствует об общей тенденции к деградации творческого мышления отдельных ученых вследствие узкой специализации и превращения науки в ремесло. В своих суждениях о других областях знания они руководствуются теми закономерностями, с которыми им приходится постоянно сталкиваться. А так как процессы эволюции проходят в совершенно других масштабах, то и выводы, подобно обывателям, такие ученые делают совершенно неправильные.

[Rattus]

Соглашусь с мнением

программа «Амёбы» как модель очень груба уже потому, что идея борьбы за выживание подана в ней в примитивной и «гратескной» форме- это не конкуренция за некий жизненно важный ресурс, а просто взаимоуничтожение. Здесь нет места многообразию форм адаптации, многообразию идущих в популяциях генетических процессов. Но их и нельзя вместить в работу простенькой программы по сугубо техническим причинам. Мне кажется, авторам стоит обнародовать скромные задачи, которые они ставили перед программой и указать, каких задач перед ней они точно не ставили

Больше всего разочаровало то, что

жизнедеятельность амеб исчерпывается борьбой с себе подобными

, более того - только в форме 1vs1, что исключает стратегии типа "сначала завалим, потом затопчем", которые в природе распространены не в меньшей степени, чем 1 на 1.
Если основная цель проекта - образовательная, то у "образовываемого" может сложиться впечатление, что "борьба за существование" и видообразование происходит главным образом в виде прямой агрессии и только на уровне особи. А ведь именно это одно из наиболее распространённых заблуждений.
Необходимо наоборот подчёркивать тот факт, что движущие факторы эволюции работают на уровне популяции.
Это хорошо показано на примере программы Gene Pool, где даже чтобы успешно заселить хорошо приспособленной формой "аквариум", где ещё нет достойных конкурентов, одной-двух пар может быть недостаточно, нужна некая "инфицирующая доза", как говорят микробиологи. При этом нет никакого взаимодействия между особями, кроме полового. Даже коллизионного - одни свободно проходят сквозь других.
Есть график количества "еды" и особей по времени, в котором отчётливо видны популяционные волны. Выявляются и другие закономерности. Было бы интересно узнать, кто что обнаружит.
Из минусов - отсутствие потери энергии на "основной обмен"; один вид "пищи", и, как следствие - одна экологическая ниша -> формируется только один вид, но даже так процесор (AMD 2ГГц) оказывается загружен основательно.

[zK]

http://macroevolution.livejournal.com/63017.html

[Дж. Тайсаев]

Где то я слышал уже эту "сногсшибательную" теорию, от пользователя кажется Алексей63, он ещё предвещал страшный экономический крах в начале мая этого года

[Gilgamesh]

Algirdas, не напрягайтесь. Все равно подобную ахинею закрываю или стираю.

[zK]

то есть содержательного обсуждения ждать не приходится?

[Gilgamesh]

zK, там крео-тролль был потёртый, по этому поводу комментарии. Ну насчет ссылки - надеюсь обсуждение образуется )