Une variation sur le thème de la modélisation de la vie. 2e partie

La vie continue

Nous continuons les expériences avec l'automate cellulaire, commencées dans l'article précédent (Une variation sur le thème de la modélisation de la vie. Partie 1 ).
Nous rappelons brièvement les principaux points. Le modèle est un champ infini (fermé) composé de cellules. Dans chaque cellule, un seul organisme simple peut être localisé, que nous appellerons arbitrairement une plante. Initialement, le champ peut contenir dans chaque cellule une certaine quantité de ressources nécessaires à la nutrition des plantes.

Attribuer une plante avec les paramètres suivants: a) masse initiale (en unités), b) approvisionnement alimentaire (en unités), c) espérance de vie (en mesures), d) nombre de spores pour la reproduction.

Le statut du champ change pas à pas selon certaines règles.

1. À chaque étape, la masse de la plante augmente de la quantité de nutrition b . En conséquence, la masse de la ressource dans la cellule où pousse la plante diminue du même montant. Si la cellule n'a pas de ressource pour la nutrition, la plante meurt de faim.

2. L' âge de la plante augmente d'une mesure à chaque mesure.

3. L'âge de reproduction, ou maturité, est remplacé par la dépendance pour réduire le nombre de paramètres. Maintenant, la maturité se produit lorsque la plante atteint une masse supérieure à l' annonce . Ensuite, la plante disperse dans les cellules voisines (le soi-disant quartier de Moore) des spores de quantité d , dont chacune a une masse initiale de a . Dans ce cas, la masse de la plante mère diminue de la masse totale des spores.

4. Ayant atteint l'âge maximum c , ou espérance de vie, la plante meurt de vieillesse. La masse de la plante décédée augmente la masse de la ressource dans la cellule.

Mutation

Ajoutez maintenant la possibilité de mutation à la plante. Cela signifie que pour certains descendants, les valeurs des paramètres peuvent différer des valeurs du parent. La mutation dépendra d'une variable aléatoire uniformément distribuée. Dans ce cas, la mutation sera progressive, c'est-à-dire que la valeur du paramètre descendant ne différera du parent que d'une valeur supérieure ou inférieure.

Dans ce cas, des espèces non viables (nutrition nulle, espérance de vie nulle) ou des espèces incapables de se reproduire (masse initiale de spores nulle, nombre de spores nul, maturité inaccessible avec l'espérance de vie existante) pourraient bien se révéler.

Avec l'aide du nouveau paramètre, nous espérons observer la forme d'évolution la plus simple.

Expérience 2.1. Environnement favorable

Considérons une plante de l'espèce Lime avec les valeurs des paramètres: a) masse initiale - 1 unité, b) approvisionnement alimentaire - 1 unité, c) espérance de vie - 10 mesures, d) nombre de spores pour la reproduction - 4 pièces.

Remplissez le champ uniformément pour que chaque cellule contienne 7 unités de la ressource Jaune. De l'expérience 1.1 de la partie précédente de l'article, on sait déjà qu'un tel environnement est favorable à une plante de l'espèce Lime, ou, en d'autres termes, cette espèce est bien adaptée à la vie dans cet environnement. Est-il encore mieux de s'adapter à la vie dans cet environnement?



Placez une plante de chaux sur le champ (Fig. 1) et lancez le processus de modélisation. L'espèce de chaux devrait remplir tout l'habitat (figure 2). Après un certain temps, la vue Lime prend les valeurs moyennes des paramètres: a) la masse initiale est de 1 unité, b) la ressource est de 1 unité, c) la durée de vie est de 16 ticks, d) le nombre de spores pour la reproduction est de 1 pièce.

Conclusion 1. Ayant la possibilité de mutation, l'espèce s'adapte mieux à l'habitat.

Pour nous assurer que l'espèce s'adapte exactement à l'habitat, nous effectuerons une autre expérience. Remplissez uniformément le champ afin que chaque cellule contienne 27 unités de la ressource Jaune. Considérons une plante de l'espèce Lime avec les valeurs initiales des paramètres: a) la masse initiale est de 1 unité, b) la ressource est de 1 unité, c) la durée de vie est de 10 cycles, d) le nombre de spores pour la propagation est de 4 pièces.

Evidemment, cet environnement devrait être très favorable aux plantes de l'espèce Lime. Placez une usine de chaux sur le champ (Fig. 3) et commencez le processus de modélisation. La vue à la chaux, bien sûr, remplira tout l'habitat (Fig.4).



Après un certain temps, la forme de chaux prend les valeurs moyennes des paramètres: a) la masse initiale est de 1,75 unités, b) la ressource est de 2 unités, c) l' espérance de vie est de 40 cycles, d) le nombre de spores pour la reproduction est de 2 pièces. Il existe déjà une plus grande variété d'espèces existantes.

Conclusion 2. Plus l'environnement est favorable, plus la diversité des espèces existantes est grande.

Expérience 2.2. Environnement défavorable

Prenons un domaine aux ressources limitées. Nous y plaçons une plante de l'espèce Lime avec les valeurs initiales des paramètres de l'expérience 2.1 (Fig. 5). D'après l'expérience 1.2 de la partie précédente de l'article, on sait que l'espèce de chaux n'est pas adaptée à un tel habitat et devrait disparaître après un certain temps.



Nous commençons le processus de modélisation et voyons à nouveau comment l'espèce étend progressivement son habitat (Fig. 6). Dans chaque cellule individuelle, la quantité de ressources diminue, mais cette fois, l'espèce mute et s'adapte à un nouvel habitat (Fig. 7).



L'espèce de chaux continue d'exister et après un certain temps prend les valeurs finales des paramètres: a) masse initiale - 1 unité, b) approvisionnement alimentaire - 1 unité, c) espérance de vie - 10 mesures, d) nombre de spores pour la reproduction - 1 pièce.

Cependant, les possibilités de mutation ne sont pas illimitées, et si la quantité de ressources est réduite en dessous d'un certain seuil, l'espèce ne pourra plus s'adapter. Ce seuil est de deux unités de ressource en moyenne par cellule sur le terrain.

Conclusion 3. L'espèce s'adapte à un environnement défavorable, à condition qu'il y ait suffisamment de temps pour la mutation.

Expérience 2.3. Compétition

Remplissez le champ uniformément pour que chaque cellule contienne 7 unités de la ressource Jaune. Nous plaçons une instance d'une plante de l'espèce Lime et six copies de la plante de l'espèce Azure sur le champ de l'habitat (Fig.8).



Les deux espèces ont les mêmes valeurs de paramètres: a) masse initiale - 1 unité, b) approvisionnement alimentaire - 1 unité, c) espérance de vie - 10 cycles, d) nombre de spores pour la reproduction - 4 pièces.

La seule différence est que l'espèce Azure n'a pas la possibilité de mutation, tandis que l'espèce Lime a une telle possibilité - 5%. Exécutez le processus de simulation. Au début, comme vous vous en doutez, le champ a un avantage écrasant sur le look Azure, grâce à l'avantage six fois initial (Fig.9). Cependant, l'espèce Lime, en mutation, s'adapte mieux à l'environnement et survit de façon inattendue à l'adversaire (Fig. 10).



Placer sur le même champ (uniformément rempli de 7 unités de ressource jaune dans chaque cellule) une plante de l'espèce Lime et une plante de l'espèce Azure, toutes deux avec possibilité de mutation (Fig.11). En lançant le processus de modélisation (Fig.12), vous pouvez voir comment une des espèces s'éteint. Il est impossible de privilégier tout type de la même manière que dans l'expérience 1.3 décrite dans la partie précédente de l'article. La principale différence est qu'avec une mutation, cela se produit extrêmement rapidement.



Conclusion 4. La mutation, d'une manière générale, perturbe l'équilibre de l'environnement.

Sélection naturelle

Dans toutes les expériences ci-dessus, au moment de l'adaptation de l'espèce à l'environnement, le niveau de mutation augmente. Cela permet à la vue de trouver rapidement des valeurs de paramètres qui conviennent de manière optimale à l'environnement donné.

Conclusion 5. Lors de l'adaptation à l'habitat, la mutation de l'espèce augmente.

Ensuite, la sélection naturelle se produit: l'instance végétale, la plus adaptée à l'environnement, se multiplie rapidement et toutes les autres plantes survivent à ses descendants. Après cela, le niveau de mutation diminue, car la combinaison optimale de valeurs de paramètres a déjà été trouvée, et toutes les autres combinaisons ne feront évidemment qu'empirer.

De plus, plus l'environnement est mauvais, plus le niveau de mutation diminue rapidement, car dans un tel environnement, la combinaison de valeurs de paramètres est très limitée.

Conclusion 6. Après adaptation à l'habitat, la mutation de l'espèce diminue.

Conclusion 7. Dans un habitat fermé inchangé, la mutation des espèces s'arrête tôt ou tard.

Conclusion

La possibilité de mutation permet de reproduire le type d'évolution le plus simple en modélisation: idioadaptation - petits changements évolutifs qui contribuent à l'adaptation des organismes à certaines conditions environnementales.

La possibilité de mutation vous permet de simuler des expériences extrêmement intéressantes et de tirer des conclusions intéressantes et parfois inattendues.

Les sources

https://en.wikipedia.org/wiki/Game_storyLife »
https://ru.wikipedia.org/wiki/Cellular_automaton
https://ru.wikipedia.org/wiki/Evolution