Kosár

A kosár jelenleg üres

Bejelentkezés &
Regisztráció

Jelenleg nincs belépve.

Válassza ki az oldal nyelvét

TERMÉKEINK

iPon FÓRUM

iPon Cikkek

Evolúció − digitálisan

  • Dátum | 2013.08.11 08:01
  • Szerző | Jools
  • Csoport | EGYÉB

Az élővilág bármely tagja képes valamilyen szinten reagálni a környezeti változásokra. Az E. coli szenzorai révén képes bizonyos molekulákat azonosítani, és ezek alapján dönti el, hogy melyik irányba folytassa mozgását. Hosszú, csavart ostora az óramutató járásával ellentétes irányba forogva propellerként hajtja a baktériumot. Ha a receptorok által közvetített jel szerint az irány a továbbiakban nem kedvező, az ostor ellenkező irányba kezd forogni, a sejt megpördül, és más irányba folytatja útját. Így alakul ki a kólibaktériumok jellegzetes, cikcakkos útvonala.

Egy párszáz neuronnal rendelkező féreg már jóval részletesebb információkat képes feldolgozni az őt körülvevő világból, és változatosabb válaszreakciókat is produkál. A fejlettebb idegrendszerrel rendelkező élőlények, köztük mi magunk, pedig még kifinomultabb érzékelésre és adaptálódásra képesek.

A Caltech, a Wisconsini Egyetem, a Michigani Állami Egyetem és a seattle-i Allen Agykutató Intézet szakértői arra voltak kíváncsiak, hogyan változik az érzékelés és a válaszreakciók komplexitása az evolúció során. Alkalmazkodásuk révén válnak az élőlények egyre összetettebbé? A komplex minden esetben jobbat is jelent? Vagy a mikrobiális világ virágzását figyelembe véve nem is olyan lényeges a komplexitás a sikerhez? Ilyen és ehhez hasonló kérdésekre kereste a választ a kutatócsoport, amelynek tagjai rögtön két jelentős problémával is szembesültek.

Az egyik gond, hogy élőben tanulmányozni, amíg egy élőlényből egy összetettebb viselkedésű szervezet fejlődik ki, rendkívül időigényes folyamat, még akkor is, ha mikrobákkal kísérletezget az ember. A másik probléma, hogy a komplexitást meglehetősen nehéz számszerűsíteni. A neuronok puszta számbavétele nem elég, hiszen az azok közti kapcsolódások minősége is rendkívül lényeges annak megítélésében, hogy mennyire lesz összetett egy-egy élőlény viselkedése.



A komplexitás mérésére éppen ezért különféle metódusok léteznek. William Bialek, a Princeton kutatója szerint egy élőlény összetettségének mértéke annak függvénye, hogy az adott organizmus mennyire képes megjósolni a múlt ismeretében a jövőt. Giulio Tononi (Wisconsini Egyetem) szerint a komplexitás azt jelenti, hogy az agy hány különböző része képes önálló információ-feldolgozásra, és milyen hatékonysággal kombinálja össze az így nyert ismereteket egy egésszé. Mind Bialek, mind Tononi matematikai alapon közelíti meg a problémát, és egységként biteket használ a komplexitás mérésére.

Sajnos azonban mindezen elméletek csak akkor lennének használhatók, ha lehetséges lenne az adott agyban (vagy bármely más, agyhoz hasonló rendszerben) az összes információ mérése. Ez azonban biológiai rendszerek esetében gyakorlatilag megoldhatatlan feladat, ha tekintetbe vesszük, hogy mennyiféle és milyen különböző helyeken tárolódó információval van dolgunk egy élőlény agyában.

A Michigani Állami Egyetem kutatói, Chris Adami és kollégái ezért úgy döntöttek, hogy a probléma leegyszerűsítése érdekében egy csapatnyi mesterséges teremtményen tanulmányozzák az evolúció és a komplexitás összefüggéseit, genetikus algoritmus felhasználásával. Az általuk kreált, „animat” névre keresztelt apróságok számára először is egy olyan környezetet kellett létrehozni, amelyben ezeknek küzdeniük kell a fennmaradásért. A kutatók által tervezett labirintusban az animatoknak az előrehaladás érdekében meg kell találniuk az útjukat álló falakon levő ajtókat. Ha átjutottak egy falon, újabb akadály következett, végül az adott számú lépésből a legtöbb ajtót megtaláló példányokat szaporodással „jutalmazta” a rendszer.

Az animatok „anatómiája” a következőképpen néz ki: az alábbi ábrán látható vörös háromszögek egyszerű látószervek, mindössze annyit képesek megállapítani, hogy van-e előttük akadály vagy nincs. A rózsaszín háromszög azt érzékeli, hogy az animat egy ajtó előtt áll-e. A kék háromszögek ütközési detektorok, amelyek azt észlelik, hogy az animat elérte-e a pálya felül vagy alul húzódó határát. Ezen érzékelők működése roppant egyszerű, két állásuk van: vagy aktiválódtak, vagy nem.



Ez az információ aztán továbbítódik az animat fehér korongokkal jelzett agyi „áramköreihez”. Egy-egy „érzékszerv” egy, két vagy négy körhöz kapcsolódhat, és minden kapcsolódás kétféle lehet, erős vagy gyenge. Ha például a szemek egyike erősen kapcsolódik az agy egyik részéhez, az adott terület minden „aktív” jelet észlel. Ha viszont a kapcsolat gyenge, az agyi régió csak a szem által jelzett akadályok negyedére reagál. Az agy részei egymással is összeköttetésben állnak, és egymást is képesek aktiválni, illetve lekapcsolni.

Az animat ezen kívül lábakkal is rendelkezik (a zöld trapézok), amelyeknek mind az agy, mind a szenzorok képesek üzenni. Az üzenet tartalmától függően négy dolog történhet: a láb előre, jobbra vagy balra mozdul, illetve nyugalomban marad.

A kísérlet kezdetén a kutatók 300 animatot hoztak létre, és ezek testének egyes részeit véletlenszerűen generált instrukciókkal, illetve kapcsolatokkal látták el. A mesterséges kis organizmusokat ezt követően egy-egy labirintusba engedték, majd 300 lépésen keresztül magukra hagyták őket. Az animatok egy jelentős része az adott idő eltelte után még az első falon sem jutott túl, voltak azonban olyanok is, amelyek jelentős előrehaladást tettek. A kutatók kiválasztották a 30 leghatékonyabb példányt, és „szaporították” ezeket.

Egy-egy animat tíz utódot hozott létre, és az új generáció nagyjából ugyanazt a örökölte, mint amellyel szülője rendelkezett, viszont minden továbbadás során történt némi „mutáció” a működésben. Ezek a változások gyengíthettek vagy erősíthettek egyes korábban már meglevő kapcsolódásokat (az agy és az érzékszervek, vagy az agy különböző részei közt), illetve új linkeket is létrehozhattak, és a végtagok felé irányuló utasítások milyenségén is változtathattak. A mutációk teljesen véletlenszerűek voltak, vagyis a kutatók nem befolyásolták azok kimenetelét.

A szakértők ezt követően ismét labirintusokba helyezték az animatokat immár az új generáció tagjait), majd kivárták a 300 lépés eredményét. A 30 legtávolabb jutó példány ismét szaporodhatott, újabb random mutációkat hozva létre a kódban. A kísérlet aztán a megszokott ügymenet szerint folytatódott tovább.

Hozzászólások

Nem vagy bejelentkezve, a hozzászóláshoz regisztrálj vagy lépj be!

Eddigi hozzászólások:

  • 6.
    2013. 08. 27. 14:40
    Nagyon jó cikk!
  • 5.
    2013. 08. 15. 16:19
    Szerintem a kód nem tanul. Itt teljes mértékben csak a szelekción alapul a dolog. Tehát nincs olyan, hogy egy sejt tanult valamit és örökli az utódja. Ahogy olyan sem, hogy "kifejleszt" valamit. Nem fejleszt ki semmit, hanem a teljesen véletlenszerű mutációkból kiválasztódik sok-sok cikluson át a legéletképesebb egyed ami aztán szaporodhat.

    Ha erre gondoltál!

    Amúgy a kísérletet tovább lehetne vinni, de eléggé bonyulult lenne. Itt nem volt genetikai kód, tehát a mutáció is "virtuális". Viszont ha lenne egy genetikai kód, mondjuk kis építőkockákból (aminósavak) amik felépítenek fehérjéket, és ebből szerkezetek jönnek létre, akkor a genetikai kód random mutációjával valóban létrejöhet az evolúció.

    Az élet kialakulásánál én azt az elméletet fogadtam el, hogy sok idő alatt úgy álltak össze az aminósavak, hogy létrejött egy olyan RNS ami reprodukálódott, ugyanakkor katalizátor funkciót is betöltött. Elég lehetett akár egy ilyen kis egység is, ha az tudta magát replikálni, akkor onnantól megállíthatatlan volt.
  • 4.
    2013. 08. 13. 19:03
    Nagyon jó cikk! Arról olvastam volna még információkat hogy hogy képes egy kód tanulni, továbbfejlődni, vagy hogy egy kód hogy reprodukálja önmagát mutációval?
  • 3.
    2013. 08. 12. 17:31
    Na ez király téma. Köszi Jools, egyrészt érdekes, másrészt meg totál inspiráló. Ilyen területen tanulok (bár elég sok minden beletartozik bioinformatikától robotikán keresztül biokémiáig) és most ettől kedvet kaptam ilyen szimulációk készítéséhez. Akár "játék" formájában is, szerintem zseniális dolog!
  • 2.
    2013. 08. 12. 09:47
    Nagyon jó cikk!

    Kösz jools!
  • 1.
    2013. 08. 11. 19:04
    Elég ideális helyzetben voltak ezek az animatok. A feladat végrehajtásához szükséges minden érzékszervük megvolt(se több, se kevesebb) és enniük sem kellett. Amelyik meg kimászott a monitoron, azt eltusolták.