Рассказывают ученые
Шрифт:
Первые эксперименты с разработанной моделью проводились в условиях полного отсутствия хищников, изобилия пищи и постоянства внешней среды. Уже на втором десятке временных шагов исходные червеобразные животные, ведущие планктонный образ жизни, начали переходить к обитанию на грунте. Первым устойчивым эволюционным приобретением у них было появление длинных антенн уже к сотому временному шагу (Т =100). Дальше у них появились жвалы, которые потом превратились в клешни.
Введенное в качестве внешних условий воздействие хищников существенно изменило протекание эволюционного процесса. Наиболее стойким обязательным признаком модельных животных стало наличие жесткого
В первом темп эволюции был низким и завершился приобретением лишь одной пары ходильных ног, пригодной для перемещения по дну. Во втором темп эволюции - более высокий. У животных появляются антенны ("усики"). Они обеспечивают им высокую эффективность поиска пищи. К двухсотому временному шагу появилась тупиковая боковая линия эволюции: животные с телом, почти спрятанным в раковину. Они вымерли, не выдержав конкуренции с теми, которые обладали ходильными ногами. Третий вариант, как и первый, - с замедленным темпом, но с появлением ко времени Т = 200 двух пар антенн, через значительное время замененных клешнями. И наконец, четвертый характерен тем, что в нем на начальной стадии процесса появилось существенное количество малоподвижных форм, которые вымерли, не выдержав конкуренции со свободно передвигающимися. Те, кто в этом варианте выжил, вышли на сушу и имели не три, а четыре пары ходильных ног.
Несмотря на то что пока не удалось построить эволюционное дерево, а лишь одну его ветвь с очень небольшими, быстро отмирающими ответвлениями, эта работа показала реальную возможность имитации макроэво-люционного процесса уже на современной вычислительной машине. Стремительное развитие вычислительной техники служит залогом того, что в самом ближайшем будущем станет возможным модельное изучение эволюции гораздо более сложных биологических систем.
Так, совместно с доктором биологических наук Б. М. Медниковым нам удалось создать математическую модель эволюции позвоночных животных.
В начале программы, предложенной ЭВМ, в море обитало низшее позвоночное существо, похожее на современного ланцетника, - без черепа, мозга, заботы о потомстве. Предполагалось, что и море, и пресные воды, и суша имели соответствующий запас пищи: растений и членистоногих.
ЭВМ показала, что в результате изменений и отбора из существа, подобного ланцетнику, возникли рыбообразные с челюстями, с хрящевым, а затем и с костным скелетом. Некоторые из них имели панцирь. Те, кто из моря перешел в пресные воды, приобрели иной тип солевого обмена (морские виды в процессе обмена выводят соли, пресноводные - удерживают). По прошествии определенного времени в разнообразных моделях некоторые виды выходили из пресных вод на сушу. Они приобрели ходильные конечности, а в дальнейшем шерстный покров, становились теплокровными и живородящими. Через определенное количество временных шагов появились активные хищники, лишенные хвоста. Передние конечности у них высвободились для иных функций, и они ходили на двух ногах.
Таким образом, машина может проследить путь от ланцетника до австралопитека или какого-нибудь другого отдаленного предка человека. В принципе реально моделирование в машине и той эволюции, которая ведет к человеку. Однако пока машинной памяти недостаточно для того, чтобы имитировать процесс эволюции, который в действительности мог иметь место в биосфере. Лимитирует и ее быстродействие. Ведь для того чтобы произвести оценку всех особей и всех видов биосферы, требуется большое время. Безусловно, ЭВМ будущего, когда объем информации будет на порядок больше,
ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ
Белки - сложные высокомолекулярные вещества, содержащие углерод, водород, кислород, азот, а также обычно серу и фосфор. Один из главных видов химических соединений, имеющихся во всех клетках.
Брожение - расщепление какого-либо органического вещества при помощи ферментов: доставляет клетке энергию для других процессов.
Зрительный пурпур - родопсин - вещество, содержащееся в палочках светочувствительных клетках органов зрения большинства позвоночных.
Вирусы (от лат. "вирус" - яд) - формы значительно более мелкие, чем бактерии, едва превышающие размером некоторые крупные молекулы белков или нуклеиновых кислот. Вирусы можно фотографировать только при помощи электронного микроскопа.
Вирус табачной мозаики - был первым из открытых вирусов. Открытие принадлежит Д. И. Ивановскому (1892 г.). Табачная мозаика - болезнь листьев табака.
Гипоталамус - часть головного мозга, расположенная под зрительными буграми; от гипоталамуса на тонкой ножке свисает нижний мозговой придаток гипофиз. Гипоталамусу принадлежит основная роль в поддержании уровня обмена веществ, в регуляции деятельности пищеварительной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других физиологических систем. Он связан большим числом нервных путей с выше- и нижележащими отделами центральной нервной системы. Передние отделы гипоталамуса регулируют поддержание относительного постоянства внутренней среды организма (го-меостаз).
Гипофиз - нижний мозговой придаток, одна из желез внутренней секреции, расположенная под головным мозгом, на основании черепа. Каждая из долей гипофиза (их различают три) выделяет в кровь различные специфические вещества - гормоны.
Каталитическая активность белков - способность белков быть катализаторами. Катализатор не вступает в реакцию и не расходуется во время ее, но регулирует ее скорость.
Мутации - любые наследственные изменения в хромосомах или генах, происходящие под влиянием внешней или внутренней среды. Понятие "мутация" резкое, скачкообразное изменение формы - было введено впервые голландским ботаником де Фризом. Мутагены - буквально: "вызывающие мутацию" - это вещества, способные реагировать с определенными основаниями в молекуле ДНК и изменять их свойства.
Нуклеиновые кислоты - органические молекулы-полимеры, построенные из нуклеотидов - сложных звеньев, состоящих из фосфатной группы, остатка углевода рибозы и азотистого основания.
Стрессовое состояние - состояние напряжения, вызванное необычной обстановкой, волнением, страхом, тревогой и т. п.
Ферменты - белковые катализаторы, синтезируемые живыми клетками. Они регулируют скорость и специфичность тысяч химических реакций, протекающих в клетке.
Филогенез - эволюционная история какой-либо группы организмов. Как правило, имеется в виду история развития какого-либо вида.
Цитология (от греч. "цитос" - клетка, "логос" - наука) - наука, изучающая строение, химический состав, процессы жизнедеятельности и размножения клеток.
Энтропия - физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы тел. При всех процессах, совершающихся в замкнутых системах, она или возрастает (необратимые процессы), или остается постоянной (обратимые процессы). Согласно второму закону термодинамики, все процессы в замкнутых системах совершаются таким образом, что энтропия систем увеличивается.