Архивы: по дате | по разделам | по авторам

Биоморфы на экране

Архив
автор : Евгений Скляревский   27.06.2001

Величайшая драма науки: результаты исследований чешского священника Грегора Менделя в течение тридцати пяти лет после опубликования не замечались учеными.

Величайшая драма науки: результаты исследований чешского священника Грегора Менделя в течение тридцати пяти лет после опубликования не замечались учеными. В результате старт генетики как науки запоздал на треть века, а в СССР она попала еще и под пресс идеологии, уродливо выразившийся в лысенковщине. Однако теперь биология, перестав быть наукой чисто описательной, базирует свои разработки на математике, что в век компьютеризации должно послужить питательной средой для ее развития.

Однако компьютеры являются не только инструментом для расчета математических запросов биологии, но и позволяют создавать виртуальные организмы с заданными свойствами. Подарок любителям таких разработок преподнесла «Компьютерра», посвятив #289 (#11 за 1999 год) искусственной жизни. Правда, уже прошло более двух лет, но за это время в обзорах Игоря Гордиенко периодически освещались различные программные организмы, живущие в американских университетах. Вспомнив старинный лозунг «Нам Запад не указ», приглашаю всех заняться исследованием наследственности программных организмов. Предвижу вопрос: какой от этого толк? Во-первых, это очень интересно, чего уже достаточно. Какой толк от игры «Жизнь»? От шахмат? От фракталов? Во-вторых, идет бурный рост этого направления программирования: созданные на экране организмы будут жить, плодиться, питаться и, возможно, решать задачи людей, - надо начать, а желающие использовать результаты всегда найдутся. Некоторые аспекты развития таких организмов уже проработаны фантастами, смотрите, например, www.computerra.ru/online/influence/literat/6921. А какой, скажите, толк от изучения языков гномов, хоббитов и других жителей Средиземья? А ведь есть чудаки, получающие от этого удовольствие. На сем агитацию кончаем и переходим к делу.

Любители фрактальных изображений знают, что при некоторых параметрах множество Мандельброта рисует картинки, поразительно похожие на живые организмы. При желании в Сети можно найти много таких изображений, и называются они биоморфами. Однако создать их непросто, можно часами перебирать параметры множества, но видеть на экране лишь потрясающие пейзажи и калейдоскопы. Открываю тайну (бытия биоморфов). Обычно, выходя из цикла, цвет текущей точки рисуют, привязывая красную составляющую цвета (RGB) к значению, например, реальной составляющей полученного комплексного числа, зеленую - к мнимой части, а синюю - к произвольному их сочетанию. Но, как я уже говорил, перед вами предстает лишь долгая череда марсианских пейзажей, юпитерианских натюрмортов и альфа-центаврийских монстров. Для получения же организма надо брать только последнее значение счетчика цикла возведения в степень и из него добывать все цвета фрактала. Кому лень - пишите, вышлю исходники на VB6. Назначаем шесть параметров (генов), от которых зависит вид (пока только вид) организма. Первые два влияют на форму сердцевины организма, вторые два на длину колючек и последняя пара - на общий вид. Вначале придаем им случайные значения и выводим на экран четыре разных организма. Если они нам не нравятся, можно обновить. Теперь выбираем родителей и… стартуем. В результате известного процесса появляются четыре организма - дети выбранных родителей. Вот тут можно и проверить, подчиняются ли наши питомцы законам Менделя, выполняется ли известное соотношение 3:1, какие гены доминантные, а какие рецессивные. Продолжая процесс, то есть выбирая родителей из детей, можно иногда получить внука или правнука, похожего на предка, но в основном вид потомства «усредняется», вбирая признаки родителей. На это у нас заготовлена самая настоящая мутация - от радиации, удобрений, загрязнения и стрессов. Ее значение, обычно сначала равное нулю, вводится экспериментатором и не дает процессу «усредниться», порождая отклонения у детей. При большом значении мутации колония вырождается, на это грустное зрелище стоит посмотреть всем, кого не волнует охрана окружающей среды. Вообще, программа очень эмоциональна, невозможно отделаться от постоянного желания: «А что, если этого пестренького с этим полосатеньким…». Если показывать ее домочадцам или сослуживцам, будут сплошные возгласы типа: «А этот вылитый отец…» или «А этот ни в мать, ни в отца…»

Рассмотрим примерный сеанс работы с программой. Запустим и увидим четверку претендентов.

Полюбовавшись на них, нажмем «Снова» из любопытства.

Рассмотрев новых претендентов, решаем, что самые красивые - третий и четвертый, вводим их номера в поля «Отец» и «Мать» и нажимаем «Пуск». Родители остались в верхнем ряду для сравнения, а внизу появились четыре ребенка. Трое из них - вылитая мать, а первенец похож, скорее всего, на предыдущих предков, о которых нам ничего не известно. (Попытки увязать вид «подкидышей» с внешностью программиста были пресечены на корню.)

Попробуем теперь скрестить первенца с темной серединой с любым из его красивых братцев и проверим, чей генный набор сильнее. Разговоры о недопустимости близкородственных браков отметаем, чем и хороши программные организмы, тем более что этот прием используется для закрепления нужных признаков при выведении новых сортов растений или пород животных.

Теперь родители в нижнем ряду, а близняшки-четверняшки в верхнем, и все они похожи на мать и двух дядьев, от отца ничего не передалось, точнее, явно не проступило. Если продолжать процесс дальше, то все дети будут как две капли воды похожи на полученные образцы. И тут мы включаем домашнюю заготовку - мутацию, задав ей значение, равное единице.

На родителей мутантики-детишки похожи мало, но между собой у них сходство поразительное - лишь у первенца по-другому выглядят внутренние органы (вакуоли?).

А вот пример вырождения при повышенной мутации.

Программа, конечно, вызовет массу нареканий, но это ведь только начало, первый шаг, открывающий простор для фантазии. Можно назначить доминантные и рецессивные признаки, сцепленные признаки, вероятность наследования того или иного признака. Начните, и идеи появятся. То, на что Морган потратил восемь лет, исследуя скрещиваемый горох, мы повторим на экране за пять минут. Дальнейшие шаги - заставить организмы двигаться, питаться, конкурировать за еду, подбирать партнера для размножения, выполнять какие-либо действия (например, как в одной из заметок Гордиенко, решать «задачу коммивояжера») и поощрять за них.

Мы ищем собратьев по разуму в Космосе, а ведь нам по силам создать их на экранах! И будет о чем с ними поговорить!

Врезка.

[i40158]

О наследственности у биоморфов

С точки зрения генетики данная работа не более чем развлечение, способ популяризации науки, возможность привлечь молодежь. Не хотелось бы обижать автора, но с настоящей наследственностью у предложенной модели связь призрачная, скорее желаемая. И еще два замечания, вызванные статьей.

Во-первых, отдавая должное математическим методам в биологии, следует помнить, что математика и программирование - всего лишь инструменты для проверки идей, и не стоит идеализировать их роль в развитии науки.

Во-вторых, хотелось бы остеречь от примитивно-школьного понимания генетики, что доминантные гены всегда подавляют рецессивные, а рецессивные проявляются только при встрече с таковыми у другого родителя. Все гораздо сложнее. Например, еще в 1931 году Н. П. Дубинин и Д. Д. Ромашев обосновали теорию генетико-автоматических процессов, суть которой состоит в том, что условия любой ограниченной по численности популяции создают возможности как для случайной потери возникающих нейтральных мутаций, так и для их размножения, вплоть до завоевания ими всей популяции. Причины этого коренятся в случайных отклонениях от идеальной передачи мутаций по поколениям. До открытия явления случайных уклонений в концентрациях случайных мутаций, свойственной самой генетической структуре популяции, дарвинизм опирался только на приспособительные явления. Стало ясно, что, кроме отбора, мутаций и скрещивания, есть еще один, ранее неизвестный фактор эволюции, который обеспечивает преобразование популяций по нейтральным признакам.

Н. А. Власова [www.nvla.narod.ru]
академик АН Узбекистана

© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2023
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.