La vida sigue
Continuamos los experimentos con el autómata celular, comenzados en el artículo anterior (Una
variación sobre el tema del modelado de la vida. Parte 1 ).
Recordamos brevemente los puntos principales. El modelo es un campo infinito (cerrado) que consta de celdas. En cada célula, solo se puede ubicar un organismo simple, que llamaremos arbitrariamente planta. Inicialmente, el campo puede contener en cada célula una cierta cantidad de recursos necesarios para la nutrición de las plantas.
Asigne una planta con los siguientes parámetros:
a) masa inicial (en unidades),
b) suministro de alimentos (en unidades),
c) esperanza de vida (en medidas),
d) número de esporas para la reproducción.
El estado del campo cambia paso a paso de acuerdo con ciertas reglas.
1. Con cada paso, la masa de la planta aumenta en la cantidad de nutrición
b . En consecuencia, la masa del recurso en la célula donde crece la planta disminuye en la misma cantidad. Si la célula no tiene un recurso para la nutrición, la planta muere de hambre.
2. La edad de la planta aumenta con cada medida en uno.
3. La edad reproductiva, o madurez, se reemplaza por dependencia para reducir el número de parámetros. Ahora, la madurez ocurre cuando la planta alcanza una masa mayor que la
ad . Luego, la planta se dispersa en las celdas vecinas (el llamado vecindario de Moore) de esporas de cantidad
d , cada una de las cuales tiene una masa inicial de
a . En este caso, la masa de la planta madre disminuye por la masa total de esporas.
4. Habiendo alcanzado la edad máxima
c , o la esperanza de vida, la planta muere de vejez. La masa de la planta fallecida aumenta la masa del recurso en la célula.
Mutación
Ahora agregue la posibilidad de mutación a la planta. Esto significa que para algunos de los descendientes, los valores de los parámetros pueden diferir de los valores de los padres. La mutación dependerá de una variable aleatoria distribuida uniformemente. En este caso, la mutación será gradual, es decir, el valor del parámetro descendiente diferirá del padre solo en uno hacia arriba o hacia abajo.
En este caso, las especies no viables (cero nutrición, cero esperanza de vida) o especies incapaces de reproducirse (cero masa inicial de esporas, cero número de esporas, madurez inalcanzable con la esperanza de vida existente) pueden resultar.
Con la ayuda del nuevo parámetro, esperamos observar la forma más simple de evolución.
Experimento 2.1. Ambiente favorable
Considere una planta de la especie Lime con valores de parámetros:
a) masa inicial - 1 unidad,
b) suministro de alimentos - 1 unidad,
c) esperanza de vida - 10 medidas,
d) el número de esporas para la reproducción - 4 piezas.
Rellene el campo de manera uniforme para que cada celda contenga 7 unidades del recurso Amarillo. Del experimento 1.1 en la parte anterior del artículo ya se sabe que dicho ambiente es favorable para una planta de la especie de cal, o, en otras palabras, esta especie está bien adaptada para la vida en este ambiente. ¿Es posible adaptarse mejor a la vida en este entorno?
Coloque una planta de cal en el campo (Fig. 1) y comience el proceso de modelado. Se espera que la especie de cal llene todo el hábitat (Fig. 2). Después de un tiempo, la vista de Lime toma los valores promedio de los parámetros:
a) la masa inicial es de 1 unidad,
b) el recurso es de 1 unidad,
c) la vida útil es de 16 ciclos,
d) el número de esporas para la reproducción es de 1 pieza.
Conclusión 1. Teniendo la posibilidad de mutación, la especie se adapta mejor al hábitat.
Para asegurarnos de que la especie se adapte exactamente al hábitat, realizaremos otro experimento. Rellene uniformemente el campo para que cada celda contenga 27 unidades del recurso Amarillo. Considere una planta de la especie Lime con los valores iniciales de los parámetros:
a) la masa inicial es 1 unidad,
b) el recurso es 1 unidad,
c) la vida útil es de 10 ciclos,
d) el número de esporas para propagación es de 4 piezas.
Obviamente, este ambiente debería ser muy favorable para las plantas de la especie Lime. Coloque una planta de cal en el campo (Fig. 3) y comience el proceso de modelado. La vista de Lima, por supuesto, llenará todo el hábitat (Fig. 4).
Después de un tiempo, la forma de cal toma los valores promedio de los parámetros:
a) la masa inicial es de 1.75 unidades,
b) el recurso es de 2 unidades,
c) la esperanza de vida es de 40 ciclos,
d) el número de esporas para la reproducción es de 2 piezas. Ya existe una mayor variedad de especies existentes.
Conclusión 2. Cuanto más favorable sea el medio ambiente, mayor será la diversidad de especies existentes.
Experimento 2.2. Entorno adverso
Considere un campo de recursos limitados. Colocamos una planta de la especie Lime con los valores iniciales de los parámetros del experimento 2.1 (Fig. 5). A partir del experimento 1.2 en la parte anterior del artículo, se sabe que la especie de cal no está adaptada a dicho hábitat y debería desaparecer después de un tiempo.
Comenzamos el proceso de modelado y nuevamente vemos cómo la especie expande gradualmente su hábitat (Fig. 6). En cada célula individual, la cantidad de recursos disminuye, pero esta vez la especie muta y se adapta a un nuevo hábitat (Fig. 7).
La especie de cal continúa existiendo y después de un tiempo toma los valores finales de los parámetros:
a) masa inicial - 1 unidad,
b) suministro de alimentos - 1 unidad,
c) esperanza de vida - 10 medidas,
d) el número de esporas para la reproducción - 1 pieza.
Sin embargo, las posibilidades de mutación no son ilimitadas, y si la cantidad de recursos se reduce por debajo de cierto umbral, la especie ya no podrá adaptarse. Este umbral es dos unidades del recurso en promedio por celda en el campo.
Conclusión 3. La especie se adapta a un entorno desfavorable, siempre que haya tiempo suficiente para la mutación.
Experimento 2.3. Competencia
Rellene el campo de manera uniforme para que cada celda contenga 7 unidades del recurso Amarillo. Colocamos una instancia de una planta de la especie Lime y seis copias de la planta de la especie Azure en el campo de hábitat (Fig. 8).
Ambas especies tienen los mismos valores de parámetros:
a) masa inicial - 1 unidad,
b) suministro de alimentos - 1 unidad,
c) esperanza de vida - 10 ciclos,
d) número de esporas para la reproducción - 4 piezas.
La única diferencia es que la especie Azure no tiene la posibilidad de mutación, mientras que la especie Lime tiene esa posibilidad: 5%. Ejecute el proceso de simulación. Primero, como era de esperar, el campo tiene una ventaja abrumadora del aspecto Azure, gracias a la ventaja inicial de seis veces (Fig. 9). Sin embargo, la especie Lime, que muta, se adapta mejor al medio ambiente y sobrevive inesperadamente al oponente (Fig. 10).
Coloque en el mismo campo (uniformemente lleno con 7 unidades del recurso Amarillo en cada celda) una planta de la especie Lime y una planta de la especie Azure, ambas con posibilidad de mutación (Fig. 11). Al comenzar el proceso de modelado (Fig. 12), puede ver cómo una de las especies se extingue. Es imposible dar preferencia a ningún tipo de la misma manera que en el experimento 1.3 descrito en la parte anterior del artículo. La principal diferencia es que con una mutación esto sucede extremadamente rápido.
Conclusión 4. La mutación, en general, altera el equilibrio del medio ambiente.
Selección natural
En todos los experimentos anteriores, en el momento de la adaptación de la especie al medio ambiente, aumenta el nivel de mutación. Esto permite que la vista encuentre rápidamente valores de parámetros que se adapten de manera óptima al entorno dado.
Conclusión 5. Durante la adaptación al hábitat, la mutación de la especie aumenta.
Luego se produce la selección natural: la instancia de la planta, que está más adaptada al medio ambiente, se multiplica rápidamente y todas las demás plantas sobreviven a sus descendientes. Después de esto, el nivel de mutación disminuye, ya que la combinación óptima de valores de parámetros ya se ha encontrado, y todas las demás combinaciones obviamente empeorarán.
Además, cuanto peor es el entorno, más rápido disminuye el nivel de mutación, porque en dicho entorno la combinación de valores de parámetros es muy limitada.
Conclusión 6. Después de la adaptación al hábitat, la mutación de la especie disminuye.
Conclusión 7. En un hábitat cerrado sin cambios, la mutación de las especies se detiene tarde o temprano.
Conclusión
La posibilidad de mutación permite reproducir el tipo más simple de evolución en el modelado: idioadaptación: pequeños cambios evolutivos que contribuyen a la adaptación de los organismos a ciertas condiciones ambientales.
La posibilidad de mutación le permite simular experimentos extremadamente interesantes y sacar conclusiones interesantes ya veces inesperadas.
Fuentes
https://en.wikipedia.org/wiki/Game_storyLife »https://ru.wikipedia.org/wiki/Cellular_automatonhttps://ru.wikipedia.org/wiki/Evolution