A vida continua
Continuamos os experimentos com o autômato celular, iniciado no artigo anterior (Uma
variação no tópico modelagem da vida. Parte 1 ).
Recordamos brevemente os pontos principais. O modelo é um campo infinito (fechado) que consiste em células. Em cada célula, apenas um organismo simples pode ser localizado, que arbitrariamente chamaremos de planta. Inicialmente, o campo pode conter em cada célula uma certa quantidade do recurso necessário para a nutrição das plantas.
Aloque uma planta com os seguintes parâmetros:
a) massa inicial (em unidades),
b) suprimento de alimentos (em unidades),
c) expectativa de vida (em medidas),
d) número de esporos para reprodução.
O status do campo muda passo a passo de acordo com certas regras.
1. A cada passo, a massa da planta aumenta pela quantidade de nutrição
b . Consequentemente, a massa do recurso na célula onde a planta cresce diminui na mesma quantidade. Se a célula não tem um recurso para nutrição, a planta morre de fome.
2. A idade da planta aumenta a cada medida em um.
3. A idade reprodutiva, ou maturidade, é substituída pela dependência para reduzir o número de parâmetros. Agora, a maturidade ocorre quando a planta atinge uma massa maior que o
anúncio . Então a planta se espalha nas células vizinhas (o chamado bairro Moore) esporos da quantidade
d , cada um dos quais com uma massa inicial de
a . Nesse caso, a massa da planta-mãe diminui pela massa total de esporos.
4. Tendo atingido a idade máxima
c , ou expectativa de vida, a planta morre com a idade avançada. A massa da planta morta aumenta a massa do recurso na célula.
Mutação
Agora adicione a possibilidade de mutação na planta. Isso significa que, para alguns descendentes, os valores dos parâmetros podem diferir dos valores dos pais. A mutação dependerá de uma variável aleatória distribuída uniformemente. Nesse caso, a mutação será gradual, ou seja, o valor do parâmetro descendente será diferente do pai apenas por um para cima ou para baixo.
Nesse caso, espécies não viáveis (nutrição zero, expectativa de vida zero) ou espécies incapazes de reprodução (massa inicial de esporos zero, número zero de esporos, maturidade inatingível com a expectativa de vida existente) podem muito bem resultar.
Com a ajuda do novo parâmetro, esperamos observar a forma mais simples de evolução.
Experiência 2.1. Ambiente favorável
Considere uma planta da espécie Lime com os valores dos parâmetros:
a) massa inicial - 1 unidade,
b) suprimento de comida - 1 unidade,
c) expectativa de vida - 10 medidas,
d) número de esporos para reprodução - 4 peças.
Preencha o campo igualmente para que cada célula contenha 7 unidades do recurso Amarelo. Desde o experimento 1.1 na parte anterior do artigo, já se sabe que esse ambiente é favorável para uma planta da espécie Lime, ou, em outras palavras, essa espécie está bem adaptada à vida nesse ambiente. É possível se adaptar à vida neste ambiente ainda melhor?
Coloque uma planta de cal no campo (Fig. 1) e inicie o processo de modelagem. Espera-se que a espécie Lime preencha todo o habitat (Fig. 2). Após algum tempo, a visualização Lime assume os valores médios dos parâmetros:
a) a massa inicial é 1 unidade,
b) o recurso é 1 unidade,
c) a vida útil é de 16 tiques,
d) o número de esporos para reprodução é de 1 peça.
Conclusão 1. Tendo a possibilidade de mutação, a espécie se adapta melhor ao habitat.
Para garantir que a espécie se adapte exatamente ao habitat, realizaremos outro experimento. Preencha uniformemente o campo para que cada célula contenha 27 unidades do recurso Amarelo. Considere uma planta da espécie Lime com os valores iniciais dos parâmetros:
a) a massa inicial é 1 unidade,
b) o recurso é 1 unidade,
c) a vida útil é de 10 ciclos,
d) o número de esporos para propagação é de 4 peças.
Obviamente, esse ambiente deve ser muito favorável para plantas da espécie Lime. Coloque uma planta de cal no campo (Fig. 3) e inicie o processo de modelagem. A vista do Lime, é claro, preencherá todo o habitat (Fig. 4).
Após algum tempo, a forma Lime leva os valores médios dos parâmetros:
a) a massa inicial é de 1,75 unidades,
b) o recurso é 2 unidades,
c) a expectativa de vida é de 40 ciclos,
d) o número de esporos para reprodução é de 2 peças. Já existe uma variedade maior de espécies existentes.
Conclusão 2. Quanto mais favorável o ambiente, maior a diversidade de espécies existentes.
Experiência 2.2. Ambiente adverso
Considere um campo com recursos limitados. Colocamos uma planta da espécie Lime nela com os valores iniciais dos parâmetros do experimento 2.1 (Fig. 5). Do experimento 1.2 da parte anterior do artigo, sabe-se que a espécie Lime não está adaptada a esse habitat e deve desaparecer após algum tempo.
Iniciamos o processo de modelagem e vemos novamente como a espécie expande gradualmente seu habitat (Fig. 6). Em cada célula individual, a quantidade de recursos diminui, mas desta vez a espécie sofre mutação e se adapta a um novo habitat (Fig. 7).
A espécie Lime continua existindo e, após algum tempo, leva os valores finais dos parâmetros:
a) massa inicial - 1 unidade,
b) suprimento de comida - 1 unidade,
c) expectativa de vida - 10 medidas,
d) número de esporos para reprodução - 1 peça.
No entanto, as possibilidades de mutação não são ilimitadas e, se a quantidade de recursos for reduzida abaixo de um determinado limite, as espécies não poderão mais se adaptar. Esse limite é de duas unidades do recurso, em média, por célula no campo.
Conclusão 3. A espécie se adapta a um ambiente desfavorável, desde que haja tempo suficiente para a mutação.
Experiência 2.3. Concorrência
Preencha o campo igualmente para que cada célula contenha 7 unidades do recurso Amarelo. Colocamos uma instância de uma planta da espécie Lime e seis cópias da planta da espécie Azure no campo do habitat (Fig. 8).
Ambas as espécies têm os mesmos valores de parâmetros:
a) massa inicial - 1 unidade,
b) suprimento de comida - 1 unidade,
c) expectativa de vida - 10 ciclos,
d) número de esporos para reprodução - 4 peças.
A única diferença é que a espécie Azure não tem a possibilidade de mutação, enquanto a espécie Lime tem essa possibilidade - 5%. Execute o processo de simulação. No início, como seria de esperar, o campo tem uma vantagem impressionante da aparência do Azure, graças à vantagem inicial de seis vezes (Fig. 9). No entanto, a espécie Lime, em mutação, se adapta melhor ao ambiente e sobrevive inesperadamente ao oponente (Fig. 10).
Coloque no mesmo campo (preenchido uniformemente com 7 unidades do recurso Amarelo em cada célula) uma planta da espécie Lime e uma planta da espécie Azure, ambas com possibilidade de mutação (Fig. 11). Iniciando o processo de modelagem (Fig. 12), você pode ver como uma das espécies morre. É impossível dar preferência a qualquer tipo da mesma maneira que no experimento 1.3 descrito na parte anterior do artigo. A principal diferença é que, com uma mutação, isso acontece extremamente rapidamente.
Conclusão 4. A mutação, de um modo geral, perturba o equilíbrio do meio ambiente.
Seleção natural
Em todas as experiências acima, no momento da adaptação das espécies ao meio ambiente, o nível de mutação aumenta. Isso permite que a visualização encontre rapidamente valores de parâmetros que são perfeitamente adequados ao ambiente especificado.
Conclusão 5. Durante a adaptação ao habitat, a mutação das espécies aumenta.
Então a seleção natural ocorre: a instância da planta, que é mais adaptada ao meio ambiente, se multiplica rapidamente e todas as outras plantas sobrevivem aos seus descendentes. Depois disso, o nível de mutação diminui, já que a combinação ideal dos valores dos parâmetros já foi encontrada e todas as outras combinações obviamente pioram.
Além disso, quanto pior o ambiente, mais rápido o nível de mutação diminui, porque nesse ambiente a combinação dos valores dos parâmetros é muito limitada.
Conclusão 6. Após a adaptação ao habitat, a mutação das espécies diminui.
Conclusão 7. Em um habitat fechado inalterado, a mutação das espécies para mais cedo ou mais tarde.
Conclusão
A possibilidade de mutação torna possível reproduzir o tipo mais simples de evolução na modelagem: idadaptação - pequenas mudanças evolutivas que contribuem para a adaptação dos organismos a determinadas condições ambientais.
A possibilidade de mutação permite simular experimentos extremamente interessantes e tirar conclusões interessantes e às vezes inesperadas.
Fontes
https://en.wikipedia.org/wiki/Game_storyLife »https://ru.wikipedia.org/wiki/Cellular_automatonhttps://ru.wikipedia.org/wiki/Evolution