paleoforum.ru

Прошу прощения за несколько провокационное название, но ничего лучшего, что бы коротко и ёмко обозначить тот феномен, который меня давно интересует, я, увы, не нашёл. На мой взгляд, суть этого феномена в том, что уже много миллиародов лет подряд всё ускоряющимися темпами идёт "поумнение" материи, которая, с помощью биоты как бы изучает сама себя, используя уже добытую информацию (знания) для извлечения ещё больших объёмов информации. Всё это дело развивается по геометрической прогрессии, и вертикальный участок уже совсем рядом...
Но сейчас не об этом, а собственно о том, есть ли у биоты свойство накапливать знания, и с их помощью ускорять получение новых знаний, всё более и более наращивая свой интеллект, или нет. В качестве затравки выкладываю здесь начало статьи, которую я начал писать пару месяцев назад, но потом прервался, и пока всё никак не могу выбрать удобное время сесть за её продолжение. Может быть, дискуссии на этом топике подтолкнут меня вновь взяться за перо (в смысле, за клавиатуру ), и дописать таки данную статью на эту провокационную тему. :wink:

Итак, обещанное начало наброска статьи...

==============================================

К вопросу о существовании единых принципов функционирования механизмов прогрессивной эволюции в природе.

Прежде всего, во избежание путаницы, я хочу внести ясность в вопрос об основных терминах, которые будут использоваться в данной статье. Под прогрессивной эволюцией физической системы в дальнейшем будет подразумеваться такое изменение системы во времени, при котором её энтропия имеет тенденцию к уменьшению. Внешне это может проявляться в увеличении её структурной (в случае живых систем – морфологической) сложности, усилении независимости внутренних физических параметров (температуры, давления, концентрации различных химических веществ)  от соответствующих параметров внешней среды, прогрессивном усложнении поведения. Следует отметить, что прогрессивная эволюция является одной из двух основных стратегий, обеспечивающих устойчивость системы, далёкой от состояния термодинамического равновесия, в условиях агрессивной внешней среды. Альтернативный метод заключается в увеличении скорости воспроизводства элементов системы с тем, что бы скомпенсировать (желательно, с запасом) скорость их разрушения. Другими словами, если вторая стратегия заключается в том, что бы бросить основные ресурсы системы на максимальную скорость воспроизводства утраченных элементов, то в случае прогрессивной эволюции ресурсы тратятся, в основном, собственно на увеличение устойчивости, и, соответственно, срока жизни  составляющих систему элементов. Если проследить основные этапы развития жизни на Земле, то по мере движения от бактерий к человеку, совершенно однозначно выявляется фундаментальная закономерность – чем выше (с нашей точки зрения разумеется) степень организации организма у соответствующего вида, тем меньшее количество копий единичных организмов производит вид, и, одновременно, тем больше, в среднем, ожидаемая продолжительность жизни особей данного вида. На мой взгляд, стратегия выживания, основанная на увеличении продолжительности существования элементов системы, может быть так же интерпретирована как стратегия, основанная на повышении интеллекта системы. Конечно, в этом случае подразумевается очень расширенное толкование понятия интеллекта, но, тем не менее, оно, на мой взгляд, имеет право на жизнь, ибо интеллект, это способность (явная, или неявная) к предвидению будущего, а продление жизни конкретной особи неразрывно связано со способностью этой особи, и вида в целом, предугадывать возможное развитие событий с тем, что бы успеть предпринять ответные меры. Отметим ещё один важный факт. Все эволюционирующие системы  на планете Земля тесно связаны  друг с другом. Одна особь может являться внешней средой для другой особи, и, соответственно, наоборот. Это приводит к сильным положительным обратным связям в процессах прогрессивной эволюции. Ведь если внешняя среда «поумнела», то одной из наиболее очевидных стратегий для того, что бы система могла сохранить конкурентоспособность, является соответствующее «поумнение» и самой системы, что, в свою очередь, делает внешнюю среду для других систем, особенно, для тех, чьи интресы активно перескаются с интресами данной системы (например, отношения типа «хищник – жертва»), ещё более «умной» и т.д. В итоге, круг замыкается, приводя, в результате, вначале к медленному, а потом всё более ускоряющемуся прогрессу в разворачивающейся битве интеллектов. На мой взгляд, это может быть одим из наиболее естественных объяснений факта ускорения процесса биологической (в впоследствии, и социально-технологической) эволюции на Земле. Правда, кроме самого факта необходимости «поумнения», для его реализации должны иметься  и соотв. возможности, но и здесь мы имеем что-то вроде положительной обратной связи. Чем более эволюционно продвинута система, тнм больше она содержит знаний о внешней среде, записанных на её внутренних носителях памяти. Эта информация,  по существу, и есть то единственное, что передаётся от одного поколения к другому. Владение информацией зачастую становится более важным, чем владение энергией, ибо информацию можно превратить в энергию, но не наоборот. С другой стороны, чем больше информации уже содержит система, тем проще ей добывать новую информацию (определённые доводы в пользу этого утверждения будут приведены ниже), что так же способствует лавинообразному развитию процесса «поумнения».

Возвращаясь к проблеме выявления неких общих принципов, на основе которых развиваются процессы прогрессивной эволюции,  необходимо, для начала, выделить те основные области приложения эволюционных стратегий, в которых эти принципы прослеживаются наиболее чётко. В качестве таковых «смотровых площадок» я далее буду рассматривать следующие субъекты эволюционных процессов:
1.   Геном (генофонд) биологического вида.
2.   Мозг хородовых (от рыб до человека).
3.   Социально-технологические институты, формируемые в результате процессов исторического и технологического развития человечества.


Конечно, данный набор в известном смысле субъективен, и отражает область интресов автора, но на общие выводы, как я надеюсь, это повлияет не очень сильно.

Итак,  в процессе функционирования всех вышеперечисленных систем, на мой взгляд, можно выделить следующие основные приципы:

1.   Обработка информации и управление во всех системах организовано иерархически, причём, на каждом уровне, работает определённое количество специализированных и в достаточной мере универсализированных подсистем, функционирующих на основе единых принципов, и состоящих, в свою очередь, из подсистем более низкого уровня и так далее, вплодь до самых нижних уровней.
2.   Между подсистемами, упомянутыми выше, осуществляется активное взаимодействе в виде потоков информации, реализующих как положительные, так и отрицательные обратные связи.
3.   Стандартная, уже известная системе проблема, которая может быть решена на более низком уровне, на нём и решается, не загружая уровни более высокого порядка излишней информацией.
4.   В процессе поиска более оптимальной конфигурации, система периодически создаёт «клоны» уже существующих подсистем на различных уровнях, которые вначале функционируют аналогично той подсистеме, с которой они были клонированы, но в результате различного рода возмущающих воздействий (мутации, влияние других систем из ближайшего окружения и т.д.) они могут постепенно эволюционировать в принципиально новые подсистемы, используемые системой для иных целей, чем «родительская» подсистема. Существенным обстоятельством здесь является то, что по причине первоначального дублирования функций, возможные изменения во вновь появившейся подсистеме в большинстве случаев нейтральны, или, по крайней мере, не фатальны для выживания системы в целом, что повзоляет им существовать в качестве «избыточного многоообразия» [1] достаточно большой промежуток времени до тех пор, пока подсистема со вновь появившимися свойствами не будет востребована системой.
5.   В пределах одной системы идёт постоянная конкуренция между подсистемами, решающими схожие задачи. В случае, если вновь появившиеся подсистемы оказываются более эффективными при решении задач, уже решаемых другими подсистемами, последние постепенно передают свои функции новым структурам.
6.   ...

Рассмотрим примеры реализации вышеизложенных принципов в функционировании трёх вышеназванных систем.
Первый принцип применительно к функционированию генома реализуется в виде иерархии – нуклеотиды (аденин, гуанин,  тимин, цитозин) => гены => генные сети => геном. В случае мозга мы имеем иерархию: отдельные нейроны => нейронные комплексы (функциональные системы по Анохину) =>  мозг в целом. Отметим, что сами нейронные комплексы тоже могут быть, в свою очередь, образованы на принципах последовательной иерархической обработки информации как это происходит, например, при обработке визуального канала поступления сенсорной информации. Социально-технологическая организация общества так же даёт многочисленные примеры реализации первого принципа. Это и армейские структуры (солдат => отделение => взвод => рота => батальон => полк => дивизия => армия => группа армий => вооружённые силы страны в целом), и система хозяйственного управления любой корпорацией, и бюрократическая организация управления страной в целом (от местных органов власти до президента и правительства).

А есть интеллект в эволюции?

А. Бергсон говорил «эволюцию нельзя познать человеческим интеллектом» .
Действительно ли так? Другие доказывают что жизнь создал кто-то очень мудрый.

Возьмем коров.
Коровы ходят по лугу, и казалась бы его удобряют его навозом.
Но, самом деле, не так. Они загрязняют луг, и это вредно для растений, и для них самих.
(когда австралийские навозники отказались использовать навоз ввезенных английских коров (они привыкли  к кенгуру)  пришлось ввозить других навозников, настолько стала серьезна ситуация с навозом на полях)
Но, коровы относятся к этому крайне безответственно.  
Почему же это возможно?
Потому что существуют другие безответственные, детритофаги, редуценты.
Для которых, навоз очень нужная вещь. Используя навоз они в итоге создают минеральные вещества, нужные для растений.
Итак, коровы, растения, навозники, редуценты   действую каждый в своих интересах приносит пользу и другим, возникает определенная гармония.


Но, видится ли тут какой-то интеллект?   Если вся эта гармония (относительная) может существовать за счет эгоистическим устремлений отдельных видов

Интеллект у эволюции есть, это однозначно.

Допустим, мы изобрели машину времени и на ней отправились в далёкое прошлое, а оттуда -- назад в будущее, с остановками через каждые 100 тысяч лет. На каждой остановке мы бы фотографировали бы сердца новых животных.

По приезду, мы бы могли создать из этих фотографий фильм, на котором увидели бы, как сердце совершенствуется чисто с инженерной точки зрения. То есть, мы бы воочию увидели, как эволюция думает и улучшает свой продукт.

Мне тут пришел в голову вопрос - может ли этот "интеллект эволюции" чувствовать не только параметры среды, но их их производные (т.е. скорость, ускорение и т.д.)?

Ведь именно это в каком-то смысле показатель интеллекта (см. опыты Крушинского по способности к экстраполяции). Да и в технике в управляющих устройствах часто нужно знать как сам параметр, так и его производную.

Тут возниакет два вопроса.
1. Теория - "школьной" биологии явно не хватает, чтобы предположить механизм такого "вычисления производной". Есть ли какие-либо математические модели генома в целом? (похоже, при полной независимости генов ничего не получится). (Не совсем по теме, но тоже интересно - какие есть хорошие книги по генетике популяций, с мат. моделями, в электронном виде или недавно вышедшие?)

2. Эксперимент - здесь можно предложить что-то вроде тех же экспериментов Крушинского - "замерить" интеллект генов Можно предложить такую схему эксперимента: некий параметр колеблется по закону Asin(F*t), мы измеряем соответствующий фенотипический признак (параметр среды должен влиять на отбор этого признака - например, "загрязненность среды - цвет крыльев бабочек"). Далее можно снять фазово-частотную характеристику выходного сигнала Если геном "очень умный", то он может даже уловить форму сигнала, и фазовое запаздывание должно уменьшатся по ходу эксперимента. Можно ли еще извлечь какие-то данные отсюда - можно подумать.

«Первый принцип применительно к функционированию генома реализуется в виде иерархии – нуклеотиды (аденин, гуанин, тимин, цитозин) => гены => генные сети => геном. В случае мозга мы имеем иерархию: отдельные нейроны => нейронные комплексы (функциональные системы по Анохину) => мозг в целом.» и т.д.

Комбинатор, а как вы насчет подхода к данной проблеме с позиций концепции уровней организации.
Считаете ли вы возможным распространить подобный подход и на неживые объекты – атомы с молекулами, а там, глядишь, и на элементарные частицы.

Сразу же. Если мы собираемся обсуждать интеллект, то надо сначала прийти к общепринятому определению этого понятия. Помнится, в другой ветке, сошлись на определении интеллекта как способности к планированию будущего. А вот немного другое определение, которое я вытащил из статьи про интеллект растений (спасибо, кстати, И.Антонову за ссылку): "адаптивно меняющееся поведение в течение жизни организма" (вроде как определение Стенхауса). Это существенно различные определения. На мой взгляд, второе не совсем соответствует тому, что предполагается здесь обсудить..

И по началу статьи. Там фактически описаны классические r- и K-стратегии. При этом в качестве критерия прогрессивности используется "продолжительность существования элементов системы", то есть продолжительность жизни особи. Это не слишком удачный критерий. Взять, например, цветковых. Неужели какая-нибудь секвойя с продолжительностью жизни особи в тысячи лет представляется более прогресивной чем, скажем, однодольные однолетники? Тут скорее уместен другой критерий: интенсивность обменных процессов (метаболизма), которую в первом приближении можно сопоставить с мощностью.

Есть предложение - "компьютерный" эксперимент на тему: могут ли глупые безмозглые гены сформировать "мыслящую" систему. Только надо хорошо продумать алгоритм и закладываемые в модель предположения (собственно программирование, "навскидку", представляется не слишком сложным).
Примерный план такой.
1) Есть "океан генов", которые существуют в виде комплексов (геномов)
2) Гены могут свободно перемещаться между комплексами (полная панмиксия+ничем не ограниченный горизонтальный перенос) на каждом очередном шаге работы программы
3) На каждом очередном шаге комплексы "размножаются". Скорость размножения может быть положительной, отрицательной ("вымирание"), нулевой.
4) Скорость размножения определяется "генным составом" комплекса (какие в нем гены, сколько их, возможно - где они "линейно расположены" в комплексе).
5) Гены могут случайно мутировать, при этом их вклад в "скорость размножения" комплекса может меняться в "+ " или в "-".
6) Критерий, по которому определяется скорость размножения комплекса генов, плавно (и направленно!) меняются (т.е. меняются условия среды). Скорость изменения - мала по сравнению со скоростью размножения (чтобы успевали адаптироваться)

Вопрос: научится ли система "предвидеть" грядущие изменения условий отбора и создавать новые генные комплексы заранее, "с прицелом" на грядущие изменения.

Повторяю, это еще пока не алгоритм, а только материал для обсуждения.

Цитата: "sss"
Вопрос: научится ли система "предвидеть" грядущие изменения условий отбора и создавать новые генные комплексы заранее, "с прицелом" на грядущие изменения.

На мой взгляд всё просто: чудес не бывает.

Система обязательно научится предвидеть, но при нескольких условиях:

1) предвидеть в данном случае возможно
2) у системы есть способность создать механизм предвидения
3) у системы будет достаточно времени, чтобы это сделать

Пункты 2 и 3 имеют особе значение. Грубо говоря, если геномы это программы, а гены -- это язык программирования, то можно ли в принципе на этом языке написать программу, которая будет оценивать тренд и пролонгировать его? Может быть так, что нельзя.

Тогда система не научится, хоть ты тресни.

Поэтому особое внимание следует уделить универсальности генного языка, а этот вопрос не затронут. Более того, сделаны утверждения, ограничивающие универсальность (затребована "панмиксия"). Этого быть не должно. Гены должны мочь сами "решать", панмиксия у них, половое размножение или что-то такое, чего мы и представить не можем.

Цитата: "Комбинатор"...Владение информацией зачастую становится более важным, чем владение энергией, ибо информацию можно превратить в энергию, но не наоборот...

В этом месте не забsnm бы обратиться к К. Лоренцу, возможно, и сослаться на него:

Цитировать"Глава 1 ЖИЗНЬ КАК ПРОЦЕСС ПОЗНАНИЯ
1. ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ЭНЕРГИИ
Самое удивительное свойство живого - и в то же время больше всего нуждающееся в объяснении - состоит в том, что оно развивается как будто вопреки законам вероятности, в направлении от более вероятного к более невероятному, от более простого к более сложному, от систем с более низкой гармонией к системам с более высокой гармонией. Между тем при этом нисколько не нарушаются вездесущие законы физики, и, в частности, второй закон термодинамики сохраняет силу и для живых систем. Все жизненные процессы поддерживаются перепадом* рассеивающейся в мире или, как говорят физики, диссипирующей энергии. По образному выражению одного из моих венских друзей, жизнь "пожирает отрицательную энтропию".
Все живые системы устроены таким образом, что способны захватывать и накапливать энергию. Отто Рёсслеру принадлежит прекрасное сравнение жизни, действующей в потоке диссипирующей мировой энергии, с песчаной отмелью в реке, отложившейся поперек течения и способной задержать тем больше песка, чем больше она уже успела его набрать. Очевидно, что живые системы могут поглощать тем больше энергии, чем больше они уже поглотили ее: в благоприятных условиях живое существо растет и размножается. Много больших животных пожирает, разумеется, больше, чем небольшое число малых. Таким образом, организмы - это системы, получающие энергию в цепи с так называемой положительной обратной связью.
Так же ведут себя и некоторые системы в неорганическом мире...
...
2. ПРИСПОСОБЛЕНИЕ КАК ПРИОБРЕТЕНИЕ ЗНАНИЯ
Органические системы отличаются от упомянутых неорганических в одном важном отношении: они обязаны своей способностью приобретать энергию определенным, часто очень сложным структурам своего тела. Эти структуры образовались у живых существ в ходе эволюционной истории их вида, а именно с помощью некоторого процесса, выработавшего у них особую способность к получению и накоплению энергии."

Цитата: "Dims"Интеллект у эволюции есть, это однозначно.

Ну вот, сразу стало веселее.  
А то меня молекулярщики на основном форуме совсем затюкали...

Dims'у
Вот по-этому я предложил сначала обсудить эксперимент, прежде чем программу писать. Я не слишком верю в "генный интеллект", но предпочитаю все проверять на практике. А вдруг, действительно, получится что-то вроде самообучающейся нейросети?

На мой взгляд, обсуждать надо "генный язык". Мы должны сформировать язык, который МОГ БЫ выполнить распознавание ситуации и её пролонгацию. Но как это проверить? Для этого нам сперва надо самим написать на генном языке программу, которая бы это делала. Ну, если и не написать досконально, то, хотя бы, сделать наброски.

Давайте поставим задачу. Предлагаю пока отменить требование, что меняется скорость размножения. Пусть просто меняется некий фактор Ф. Меняем этот фактор мы, боги, и меняем по своему собственному алгоритму. Но не случайно. Для начала пусть мы меняем его периодически. То есть, фактор Ф периодически принимает значения от 0 до 1.

Теперь. Чтобы существовать в условиях Ф=1, системе нужен один или несколько специальных генов. Чтобы существовать в условиях Ф=0, системе нужен другой один или несколько генов.

Для простоты позволим системе эти гены иметь готовыми. Тогда первое требование к языку -- на нём должна бфть возможность включать и выключать имеющиеся гены. То есть, у неё должны быть регулирующие гены.

Далее. Допустим сейчас система приспособлена к Ф=0 и она точно догадалась, что через Н поколений (через Т времени) наступит Ф=1 ("лето"). Как ей обеспечить, чтобы к этому времени начали рождаться особи с нужными генами?

Возможный ответ: в системе должно поддерживаться некоторое количество периодически изменяющихся генов, период которых она может регулировать. Тогда система могла бы подобрать нужный период. Точно так же, она могла бы, путём разложения в ряд Фурье, подобрать и другую закономерность изменения Ф, не только периодическую.

То есть, второе требование. В системе должен быть управляющий ген, который "считает" деления и который в ответ на каждое деление меняет свою активность. Мутации этого гена должны менять как период его колебаний, так и целевой ген, на который он влияет.

Цитата: "Jpx"Мне тут пришел в голову вопрос - может ли этот "интеллект эволюции" чувствовать не только параметры среды, но их их производные (т.е. скорость, ускорение и т.д.)?

Ведь именно это в каком-то смысле показатель интеллекта (см. опыты Крушинского по способности к экстраполяции). Да и в технике в управляющих устройствах часто нужно знать как сам параметр, так и его производную.

Тут возниакет два вопроса.
1. Теория - "школьной" биологии явно не хватает, чтобы предположить механизм такого "вычисления производной". Есть ли какие-либо математические модели генома в целом? (похоже, при полной независимости генов ничего не получится). (Не совсем по теме, но тоже интересно - какие есть хорошие книги по генетике популяций, с мат. моделями, в электронном виде или недавно вышедшие?)

На счёт конкретно мат. моделей не знаю, а вот программы, моделирующие функционирование достаточно сложных генных сетей есть. См., например:
http://www.bionet.nsc.ru/ICIG/session/1999/rus/part1/1_18.pdf

Правда, это не совсем то, что нам нужно, ибо непосредственно эволюционные изменения не моделируются. С генетическими алгоритмами, используемыми в ИИ, ситуация ещё хуже. Там хоть и есть моделирование  скрещивания, и эволюции генофонда популяции, но, во первых, новых генов не может появиться принципиально, а во  вторых межгенные взаиможействия не учитываются вовсе. Это приводит к тому, что на выходе мы имеем лишь некий способ поиска максимума заданной фитнесс-функции, не более того.
А вот программ, в которых бы учитывалась и эволюция генофонда, и взаимодействие генов  внутри организма, я пока не встречал.

Цитата: "Jpx"
2. Эксперимент - здесь можно предложить что-то вроде тех же экспериментов Крушинского - "замерить" интеллект генов Можно предложить такую схему эксперимента: некий параметр колеблется по закону Asin(F*t), мы измеряем соответствующий фенотипический признак (параметр среды должен влиять на отбор этого признака - например, "загрязненность среды - цвет крыльев бабочек"). Далее можно снять фазово-частотную характеристику выходного сигнала Если геном "очень умный", то он может даже уловить форму сигнала, и фазовое запаздывание должно уменьшатся по ходу эксперимента. Можно ли еще извлечь какие-то данные отсюда - можно подумать.

Я думаю, что здесь многое будет зависеть от того, насколько продвинутый геном вы изначально создадите. Чем менее он будет совершенен изначально, тем больше времени ему понадобится для того, что бы проэволюционировать в достаточно сложную систему, способную решить предложенную задачу.

Цитата: "Комбинатор"А то меня молекулярщики на основном форуме совсем затюкали...

Они просто слишком многого достигли. Перекос получается. Последнее время я всё чаще встречаю в популярных заметках, то та черта характера, то ся черта характера, то та склонность, то ся ориентация, оказывается, имеет материальную причину. В мозгу находят материальные признаки, которые отвечают за всё большее число вещей.

И подспудно делается вывод-де, что эти вещи поэтому не являются спонтанными или не принадлежат к свободному выбору. Допустим, выясняют, что в мозгу человека есть что-то, что делает его гомосексуалистом, откуда делается вывод, что не в его власти им не быть.

Но как же так? Ведь с точки зрения материализма ВСЕ духовные процессы имеют материальную первооснову. Это значит, что с развитием биологии, медицины и так далее, мы будем её открывать. Когда-нибудь мы узнаем, что произвольное желание загадать в уме то или иное число -- тоже определяется какими-то процессами в мозгу. Ну и что? Из этого не следует, что НЕ я сделал выбор, А мой мозг. Просто мы докопались до такого уровня, что уже копаем МЕНЯ. Мы уже познаём меня, моё сознание и свободную волю, но по привычке за деревьями не видим леса и пока не понимаем, где оказались.

Так же и в палеонтологии. Мы уже наблюдаем функционирование гиганского разума эволюции. И тот факт что отдельные его узлы поддаются нашему пониманию, вовсе не означает, что разума нет!

Цитата: "pavel"Комбинатор, а как вы насчет подхода к данной проблеме с позиций концепции уровней организации.
Считаете ли вы возможным распространить подобный подход и на неживые объекты – атомы с молекулами, а там, глядишь, и на элементарные частицы.

Всё таки мне кажется, что живые системы принципиально отличаются от неживых, и смешивать их не стоит.
Во-первых, неживые системы стабильны за счёт того, что находятся в устойчивом состоянии с минимальной внутренней энергией. То есть, при попытке вывести систему из состояния равновесия, появляются чисто физические силы, стремящиеся вернуть её обратно. А живые системы стабильны за счёт того, что активно используют содержащуюся в них информацию для того, что бы за счёт собственных резервов свободной энергии произвести действия, реализующие сохраняющуюся реакцию. Другими словами, живые системы сами активно способствуют собственному самосохранению за счёт использования добытой ими информации о внешей среде.
Во-вторых, если скорость создания всё более высоких уровней в неживых системах при движении из прошлого в будущее замедляется, то в живых она наоборот, ускоряется.