Digitalni organizmi otkrivaju tajne evolucije

Piše:
četvrtak, 8.5.2003. 21:14
Smanji veličinu slova Tekst Povećaj veličinu slova

Digitalni organizmi otkrivaju tajne evolucije

DIGITALNI organizmi, koji "žive" u kompjuteru, biolozima daju jedinstven uvid u evolucijski proces, te im u relativno kratkom vremenu mogu pružiti podatke koje bi inače prikupljali desetljećima, piše National Geographic.

Otkad je Charles Darwin postavio svoju teoriju evolucije u 19. stoljeću, biolozi pokušavaju naći koliko-toliko brz i učinkovit način razumijevanja procesa evolucije, odnosno odgovora na pitanje koje promjene se događaju u funkcijama i strukturi organa živih bića, i što je još važnije, zašto.

Biolozi vjeruju da su se kompleksne funkcije organizama, kao što je naprimjer vid čovjeka, razvile kroz niz manjih koraka, te  kako su neki od tih koraka svojevremeno imali potpuno drukčije funkcije od onih za koje mi danas znamo.

No, iako se funkcije organizama stalno mijenjaju, biolozi vjeruju kako je svaka promjena organizma uvijek promjena nabolje, jer se organizam stalno prilagođava novim uvjetima života.

Problem s evolucijom u stvarnom svijetu je taj što je ona vrlo spora, pa su se zbog toga biolozi prisiljeni poslužiti kompjuterskim simulacijama živih organizama kako bi potvrdili svoje pretpostavke o evoluciji.

Richard Lenski, biolog na državnom sveučilištu u Michiganu, je zajedno sa svojim kolegama kreirao vrstu "digitalnih organizama", zapravo kompleksnih matematičkih funkcija koje "žive" u kompjuteru.

Kompjuterska okolina u kojoj "žive" te funkcije programirana je tako da je funkcijama dozvoljena reprodukcija, mutiranje, pa čak i međusobno natjecanje, čime su Lenski i kolege mu željeli postići što brži evolucijski razvoj "digitalnih organizama".

"Stvorili smo svijet u kojima se funkcije mogu ponašati kao živi organizmi, te smo time omogućili sposobnijim digitalnim organizmima da to iskoriste." - izjavio je fizičar Christoph Adami, koji je dizajnirao simuliranu okolinu u kojem se događa "virtualna evolucija".

Budući da se proces evolucije "digitalnih organizama" odvija u kompjuteru, gdje se i snima, znanstvenici mogu kasnije detaljno analizirati vremenski slijed evolucije, te nastajanja novih kompleksnih funkcija. Ta im saznanja pomažu u razumijevanju procesa prirodne evolucije.

"Ovaj sistem omogućava nam promatranje nevjerojatno sitnih detalja u cijelom procesu" - tvrdi Lenski, pa dodaje: "Većina onog što smo vidjeli više-manje se slaže s tvrdnjama biologa o prirodnoj evoluciji, ali u procesu je nakon nekog vremena došlo do zanimljivog preokreta."

Preokret u odnosu na klasičnu teoriju evolucije dogodio se kad je uočeno da neki od koraka pri razvijanju "digitalnih organizama" nisu poboljšali organizam, nego baš naprotiv, pogoršali su ga.

Točnije, neke od ključnih mutacija "digitalnih organizama" bile su kratkoročno loše, ali su ipak preživjele prirodnu selekciju, da bi u kasnijem dijelu procesa odigrale ključnu ulogu u genetskom razvoju novih kompleksnih funkcija.

Laboratorij u kojem Lenski i njegov tim provode istraživanja prepun je Petrijevih tanjurića, u kojima se razvijaju tisuće generacija bakterije Escherichia coli, koje znanstvenicima služe kao stvarni, prirodni primjer relativno brze evolucije.

Kompjuterski program kojeg Lenski i njegov tim koriste u istraživanju evolucije zove se Avida, a zapravo se radi o svojevrsnom virtualnom Petrijevom tanjuriću, u kojem se digitalni organizmi razmnažaju, te ako razviju prave "vještine", mogu rješavati matematičke probleme za što bivaju "nagrađeni".

Nagrada za "digitalne organizme" je produljeno vrijeme postojanja, koje tada organizmi koriste kako bi se razmnožavali - kopirali. U takvoj simulaciji stvarnog života program Avida metodom slučajnog odabira dodaje mutacije kopijama izvornih organizama, time potičući prirodnu selekciju i evoluciju.

"Volim promatrati cijeli proces" - kaže Lenski, pa dodaje: "Promatranje mikroorganizama je jedan način da se dođe do zaključaka o evoluciji, ali promatranje digitalnih organizama ima tu prednost što možemo mjeriti sve aspekte sistema dok on mutira i evoluira."

"Ako postavite "digitalne organizme" u okolinu u kojoj je za nagradu potrebno izvršavati vrlo kompleskne matematičke operacije, dakle rješavati tzv. logičke zagonetke, oni nikad neće evoluirati." - tvrdi Lenski.

No, ako se organizmima za početak zada nekoliko lakših matematičkih problema, oni će s vremenom evoluirati do razine na kojoj će znati riješiti i najkompliciranije zadatke.

"Kako bi došli do stadija u kojem znaju rješavati kompleskne probleme, nužno je da prije toga rješavaju lakše probleme." - kaže Lenski.

Najkompliciranije probleme "digitalni organizmi" rješavali su posuđivanjem i modifikacijom dijelova "genetskog koda" kojeg su njihovi prethodnici koristili u rješavanju lakših problema, baš kao što predviđa Darwinova teorija evolucije.

Richard Lenski kaže da je "iznenađenje je u tome da evolucijski proces nije ljestvica u kojoj su najsposobniji organizmi jednostavno potomci najsposobnijih organizama nekadašnjih generacija. Umjesto toga, neke od mutacija imaju kratkoročno loše djelovanje, ali se kasnije pokažu kao vrlo korisne."

"Ono što možemo pokazati je kako se sve komponente evolucijskog procesa, one slučajne i one namjerne, s vremenom kombiniraju kako bi stvorile jedinstven, visoko kompleksan gen koji nikako nije mogao nastati slučajno." - zaključuje Lenski.