الحياة تستمر
نواصل تجاربنا مع الأوتوماتون الخلوي ، التي بدأت في المقالة السابقة (
تباين حول موضوع نمذجة الحياة. الجزء 1 ).
نحن نتذكر لفترة وجيزة النقاط الرئيسية. النموذج عبارة عن حقل (مغلق) لانهائي يتكون من خلايا. في كل خلية ، يمكن تحديد موقع كائن واحد بسيط ، والذي سوف نسميه النبات بشكل تعسفي. في البداية ، قد يحتوي الحقل في كل خلية على كمية معينة من الموارد اللازمة لتغذية النبات.
قم بتخصيص نبات مع المعلمات التالية:
أ) الكتلة الأولية (بالوحدات) ،
ب) تغذية المورد (بالوحدات) ،
ج) عمر (في التدابير) ،
د) عدد الجراثيم للتكاثر.
تتغير حالة الحقل خطوة بخطوة وفقًا لقواعد معينة.
1. مع كل خطوة ، تزداد كتلة النبات بمقدار التغذية
ب . وفقًا لذلك ، تقل كتلة المورد في الخلية التي ينمو فيها النبات بنفس المقدار. إذا لم يكن للخلية مورد للتغذية ، فإن النبات يموت من الجوع.
2. يزداد عمر النبات مع كل قياس بواحد.
3. يتم استبدال سن الإنجاب ، أو النضج ، بالاعتماد على تقليل عدد المعلمات. الآن ، يحدث النضج عندما يصل المصنع إلى كتلة أكبر من
الإعلان . ثم ينثر النبات في الخلايا المجاورة (ما يسمى بحي مور) جراثيم من الكمية
د ، ولكل منها كتلة أولية من
أ . في هذه الحالة ، تقل كتلة النبات الأصل من خلال الكتلة الكلية للجراثيم.
4. بعد بلوغ الحد الأقصى لعمر
c ، أو متوسط العمر المتوقع ، فإن المصنع يموت من العمر. تزيد كتلة النبات المتوفى من كتلة المورد في الخلية.
تحول
أضف الآن إمكانية حدوث طفرة في النبات. هذا يعني أنه بالنسبة لبعض المتحدرين ، قد تختلف قيم المعلمات عن قيم الأصل. سوف تعتمد الطفرة على متغير عشوائي موزع بشكل موحد. في هذه الحالة ، ستكون الطفرة تدريجية ، أي أن قيمة المعلمة التنازلي ستختلف عن الأصل فقط بواحد أو أعلى.
في هذه الحالة ، قد تتحول الأنواع غير القابلة للحياة (التغذية الصفرية ، متوسط العمر المتوقع صفر) أو الأنواع غير القادرة على التكاثر (صفر كتلة الجراثيم الأولية ، صفر عدد الجراثيم ، النضج غير القابل للوصول مع متوسط العمر المتوقع الحالي).
بمساعدة المعلمة الجديدة ، نأمل أن نلاحظ أبسط أشكال التطور.
التجربة 2.1. بيئة مواتية
النظر في مصنع من الأنواع الجير مع قيم المعلمة:
أ) الكتلة الأولية - 1 وحدة ،
ب) إمدادات الغذاء - 1 وحدة ،
ج) متوسط العمر المتوقع - 10 تدابير ،
د) عدد الأبواغ للتكاثر - 4 قطع.
املأ الحقل بالتساوي بحيث تحتوي كل خلية على 7 وحدات من المورد الأصفر. من التجربة 1.1 في الجزء السابق من المقال ، من المعروف بالفعل أن مثل هذه البيئة مواتية لمصنع من أنواع الليمون ، أو بمعنى آخر ، هذا النوع ملائم جيدًا للحياة في هذه البيئة. هل من الممكن التكيف مع الحياة في هذه البيئة بشكل أفضل؟
ضع نبات الجير على الحقل (الشكل 1) وابدأ عملية النمذجة. من المتوقع أن تملأ أنواع الجير الموائل بالكامل (الشكل 2). بعد فترة من الوقت ، تأخذ طريقة العرض Lime متوسط قيم المعلمات:
أ) الكتلة الأولية هي 1 وحدة ،
ب) المورد هو 1 وحدة ،
ج) عمر 16 علامة ،
د) عدد الجراثيم للتكاثر هو قطعة واحدة.
الخلاصة 1. وجود إمكانية للطفرة ، تتكيف الأنواع بشكل أفضل مع الموائل.
للتأكد من أن النوع يتكيف تمامًا مع الموائل ، سنقوم بإجراء تجربة أخرى. املأ الحقل بالتساوي بحيث تحتوي كل خلية على 27 وحدة من المورد الأصفر. ضع في اعتبارك مصنعًا لأنواع الجير مع القيم الأولية للمعلمات:
أ) الكتلة الأولية هي 1 وحدة ،
ب) المورد هو 1 وحدة ،
ج) عمر 10 دورات ،
د) عدد جراثيم الانتشار 4 قطع.
من الواضح ، يجب أن تكون هذه البيئة مواتية للغاية لنباتات الجير. ضع نبات الجير على الحقل (الشكل 3) وابدأ عملية النمذجة. وبالطبع ، فإن طريقة عرض Lime ، سوف تملأ الموائل بالكامل (الشكل 4).
بعد مرور بعض الوقت ، يأخذ نموذج Lime متوسط قيم المعلمات:
أ) الكتلة الأولية هي 1.75 وحدة ،
ب) المورد هو وحدتان ،
ج) العمر المتوقع هو 40 دورة ،
د) عدد الجراثيم للتكاثر هو قطعتين. هناك بالفعل مجموعة أكبر من الأنواع الموجودة.
الخلاصة 2. كلما كانت البيئة مواتية ، زاد تنوع الأنواع الموجودة.
التجربة 2.2. بيئة ضارة
النظر في مجال الموارد محدودة. نضع نباتًا لأنواع الليمون عليه مع القيم الأولية للمعلمات من التجربة 2.1 (الشكل 5). من التجربة 1.2 في الجزء السابق من المقال ، من المعروف أن أنواع الجير لا تتكيف مع مثل هذه الموائل ويجب أن تختفي بعد مرور بعض الوقت.
نبدأ عملية النمذجة ونرى مرة أخرى كيف توسع الأنواع تدريجياً بيئتها (الشكل 6). في كل خلية على حدة ، يتناقص مقدار الموارد ، لكن هذه المرة يتحور النوع ويتكيف مع موائل جديدة (الشكل 7).
لا تزال أنواع الجير موجودة وبعد فترة تأخذ القيم النهائية للمعلمات:
أ) الكتلة الأولية - 1 وحدة ،
ب) إمدادات الغذاء - 1 وحدة ،
ج) متوسط العمر المتوقع - 10 مقاييس ،
د) عدد الجراثيم للتكاثر - قطعة واحدة.
ومع ذلك ، فإن احتمالات حدوث طفرة ليست محدودة ، وإذا تم تقليل حجم الموارد إلى ما دون عتبة معينة ، فلن تكون الأنواع قادرة على التكيف. تمثل هذه العتبة وحدتين من المورد في المتوسط لكل خلية في الحقل.
الاستنتاج 3. تتكيف الأنواع مع بيئة غير مواتية ، شريطة أن يكون هناك وقت كاف للتحول.
التجربة 2.3. منافسة
املأ الحقل بالتساوي بحيث تحتوي كل خلية على 7 وحدات من المورد الأصفر. نضع مثيلًا واحدًا لنوع من أنواع الجير وستة نسخ من نبات الأنواع Azure في حقل الموائل (الشكل 8).
كلا النوعين لهما قيم المعلمة نفسها:
أ) الكتلة الأولية - 1 وحدة ،
ب) إمدادات الغذاء - 1 وحدة ،
ج) متوسط العمر المتوقع - 10 دورات ،
د) عدد الجراثيم للتكاثر - 4 قطع.
والفرق الوحيد هو أن الأنواع أزور لا تملك إمكانية حدوث طفرة ، في حين أن الأنواع الجير لديها مثل هذا الاحتمال - 5 ٪. قم بتشغيل عملية المحاكاة. في البداية ، كما تتوقع ، يتمتع الحقل بميزة رائعة لمظهر Azure ، وذلك بفضل الميزة الأولية الستة أضعاف (الشكل 9). ومع ذلك ، فإن أنواع الليمون ، الطفرة ، تتكيف بشكل أفضل مع البيئة وتنجو بشكل غير متوقع من الخصم (الشكل 10).
ضع في نفس الحقل (مملوءًا بشكل موحد بـ 7 وحدات من المورد الأصفر في كل خلية) مصنعًا واحدًا لأنواع الليمون ونباتًا واحدًا من الأنواع Azure ، مع إمكانية حدوث طفرة (الشكل 11). من خلال بدء عملية النمذجة (الشكل 12) ، يمكنك أن ترى كيف يموت أحد الأنواع. من المستحيل إعطاء الأفضلية لأي نوع بنفس الطريقة الموجودة في التجربة 1.3 الموضحة في الجزء السابق من المقالة. الفرق الرئيسي هو أنه مع حدوث طفرة يحدث هذا بسرعة كبيرة.
الخلاصة 4. الطفرة ، بشكل عام ، تزعزع توازن البيئة.
الانتقاء الطبيعي
في جميع التجارب المذكورة أعلاه ، في وقت تكيف الأنواع مع البيئة ، يزداد مستوى الطفرة. يسمح هذا للعرض بالعثور بسرعة على قيم المعلمات التي تتناسب بشكل مثالي مع البيئة المحددة.
الاستنتاج 5. أثناء التكيف مع الموائل ، يزداد طفرة النوع.
ثم يحدث الانتقاء الطبيعي: مثيل النبات ، الأكثر تكيفًا مع البيئة ، يتكاثر بسرعة ، وجميع النباتات الأخرى تنجو من نسلها. بعد ذلك ، ينخفض مستوى التحوُّل ، نظرًا لأنه قد تم بالفعل العثور على المجموعة المثلى من قيم المعلمات ، ومن الواضح أن جميع المجموعات الأخرى ستزداد سوءًا.
علاوة على ذلك ، كلما كانت البيئة أسوأ ، كلما انخفض مستوى الطفرة بشكل أسرع ، لأنه في مثل هذه البيئة تكون مجموعة قيم المعلمات محدودة للغاية.
الخلاصة 6. بعد التكيف مع الموائل ، يتناقص طفرة النوع.
الاستنتاج 7. في موائل مغلقة دون تغيير ، يتوقف طفرة الأنواع عاجلاً أم آجلاً.
استنتاج
تتيح إمكانية حدوث طفرة إعادة إنتاج أبسط نوع من التطور في النمذجة: التكيُّف الأولي - تغيرات تطورية صغيرة تسهم في تكيف الكائنات الحية مع ظروف بيئية معينة.
تتيح لك إمكانية حدوث طفرة محاكاة تجارب شيقة للغاية واستخلاص استنتاجات شيقة وغير متوقعة في بعض الأحيان.
مصادر
https://en.wikipedia.org/wiki/Game_storyLife »https://ru.wikipedia.org/wiki/_https://ru.wikipedia.org/wiki/