captcha

Jūsų klausimas priimtas

Ar evoliucija yra nuspėjama?

Žodis „birža” dažnai siejasi su socialinėmis pašalpomis, eilėmis ir darbo paieškomis. Jei žmogus yra kažkiek apsiskaitęs, greičiausiai jis žinos ir kitą šio žodžio prasmę, bet ji vis tiek bus neigiama. Birža jam bus vieta, kur bankininkai, makleriai (nuo žodžio „maklės”, be abejo) dienų dienas sėdi ir nuo paprasto žmogaus lupa paskutinį centą. Ir tik mažam procentui žmonių, „birža“ bei investicijos bus siejamas su gana įdomiu ir intelektualiu darbu, kurį nagrinėja speciali matematikos sritis – žaidimų teorija.
Wikimedia Commons nuotr.
Wikimedia Commons nuotr.

Žodis „birža” dažnai siejasi su socialinėmis pašalpomis, eilėmis ir darbo paieškomis. Jei žmogus yra kažkiek apsiskaitęs, greičiausiai jis žinos ir kitą šio žodžio prasmę, bet ji vis tiek bus neigiama. Birža jam bus vieta, kur bankininkai, makleriai (nuo žodžio „maklės”, be abejo) dienų dienas sėdi ir nuo paprasto žmogaus lupa paskutinį centą. Ir tik mažam procentui žmonių, „birža“ bei investicijos bus siejamas su gana įdomiu ir intelektualiu darbu, kurį nagrinėja speciali matematikos sritis – žaidimų teorija.

Pasirodo, motina gamta „evoliuciniuose žaidimuose” naudoja tas pačias „makles”, kaip ir biržos dalyviai. Žaidimai pirmiausia mums siejasi su kažkuo nerimtu – vaikų žaidimais kieme, ar stalo žaidimais.

Tačiau matematikoje žaidimai nėra kažkas tokio paprasto, kadangi žaidimo dalyviai yra dažniausiai (skirtingai nei realiame gyvenime) protingos būtybes, kurių tikslas priimti teisingą strateginį sprendimą. Tai – teorija apie žaidėjų kooperaciją ir žaidėjų konfliktus žaidimo metu. Tai – teorija, nagrinėjanti palankiausias interaktyviais žaidėjų strategijas. Šios matematinės teorijos taikymo sritys aprėpia ekonomiką, finansus, politiką, psichologiją bei logikos mokslą. Bet kas įstabiausia – jos modeliai randa pritaikymą ir kompiuterijoje, ir biologijoje.

Pirmi žaidimų teorijos taikymai biologijoje įvyko praeito amžiaus 8 dešimtmečio viduryje, kuomet biologai Johnas Smithas ir George`as Price`as susidomėjo klausimu, kodėl gyvūnai taip dažnai „džentelmeniškai” elgiasi kovoje dėl maisto, ir pabandė ieškoti atsakymo matematinėje žaidimų teorijoje. Skirtingai nuo klasikinės žaidimų teorijos, evoliucinėje dalyvauja ne racionalūs dalyviai, o skirtingos evoliucinės strategijos.

Panagrinėkime „erelio” ir „balandžio” elgesio strategijas kovoje dėl išlikimo. Pavadinkime „ereliu” agresyvų elgesį, kai dėl maisto visuomet kovojama. „Balandžio” strategija yra kovos vengimas bei „džentelmeniškas” pasidalijimas maistu (V). Bet kokia kova turi savo kaštą (C), kaip ir kovos prizas – maistas – turi savo kainą (V).

Kuomet toks „erelis“ sutinka kitą „erelį“, jis gali laimėti arba pralaimėti. Jei jis laimi, jam atitenka prizas – maisto kaina minus kovos kaštai. Jei jis pralaimi, jis nieko negauna. Akivaizdu, kad vidutiniškai „erelis“ sutikdamas kitą erelį gaus pusę skirtumo tarp (V) ir ©. Tačiau sutikęs „balandį“, „erelis“ be kovos pasiims visą maisto vertę (V). Kuomet „balandis“ sutinka tokį „erel“į, jis vengia kovos ir negauna nieko. Tačiau balandžiui sutikus balandį, jie nekovoja, o pasidalina maistu, tad kiekvienam atitenka po pusę maisto V/2.

„Balandžio“ ir „erelio“ išlikimo žaidimas, kuomet kovos kaštai (C) yra penkis kartus didesni už maisto kaštus (V).

Jeigu maisto gamtoje yra daug, tuomet maisto kaštai visada bus mažesni už kovos kaštus. Galu gale po muštynių galima ne tik gauti į kuprą, bet ir susilaužyti kojas bei rankas. Dėl šios priežasties tos pačios rūšies atstovai dažniausiai kooperuojasi, o tarpusavyje kovoja tik dėl ritualinių priežasčių.

Tačiau tai dar ne viskas. Šis elementarus žaidimo teorijos modelis gali paaiškinti ir besikooperuojančių (vilkai, hienos) „balandžių” bei atskalūnų „erelių” rūšių santykį gamtoje. Jei kovos kaštai yra penkis kartus didesni negu maisto kaštai, tuomet nusistovi pastovus santykis 1:5 tarp „erelių” ir „balandžių”. Kuomet „mušeikų” žaidime yra daugiau nei penktadalis, sparčiai nukenčia jų gaunamo maisto kiekiai. Tačiau vos mušeikų sumažėja, kaip išauga jų pranašumas prieš taikiai maistu besidalijančiais.

Evoliucinė žaidimų teorija turi ir skirtumų nuo klasikinės matematinės žaidimų teorijos. Gana geras pavyzdys būtų „kalinio dilema”. Policija sugauna du vagišius, tačiau pritrūksta įkalčių tam, kad įrodyti jų abejų kaltę. Jei abu kaliniai tarpusavyje bendradarbiaus ir neprisipažins, kiekvienas bus užlaikytas tik mėnesiui. Tačiau, jei vienas iš jų nutars bendradarbiauti su policija, jis bus tuojau pat paleistas į laisvę, o kitas praleis 12 mėnesių kalėjime. Jei abu prisipažins, kiekvienam teks praleisti po 8 mėnesius kalėjime. Matematinės logikos požiūriu, kaliniams naudingiausias pasirinkimas yra bendradarbiauti su policija: jei kitas kalinys neprisipažins, pirmasis tuojau pat bus paleistas į laisvę, jei irgi prisipažins, jie praleis kalėjime po 8 mėnesius. Jei pirmasis neprisipažins, jis gali nugarmėti už grotų metams. Tuo įdomiau yra tai, kad ši dilema evoliucinėje žaidimų teorijoje yra apverčiama aukštyn kojomis, kuomet kaliniai turėjo tarpusavio kooperacijos patirtį. Ateitį nuspėjančių smegenų neuronų dėka, jie beveik visada žinos savo „draugo” pasirinkimą, o dėl veidrodinių arba empatiškų neuronų tas pasirinkimas tuo pačiu bus ir savaime suprantamas.

Evoliucinė žaidimų teorija padėjo biologams atsakyti į aibę neatsakytų klausimų, tarp kurių yra tokie: kodėl egzistuoja altruizmas? Kodėl yra naudingas gyvenimas bendruomenėje?

Štai mokslininkai aptiko nematytą reiškinį vorų pasaulyje: socialius vorus. Vorai dažniausiai yra tokia baisūs individualistai, jog net patelė suvalgo patiną po to, kai jis ją apvaisina. Atrodytų, kanibalai vorai yra geriausias koncepcijos „stipriausias išgyvena” pavyzdys… Jei ne atrasta vorų socializacija! Aptikta vorų rūšys, kurioje iki 1000 vorų „bandos” kooperuojasi ir gan stambiose plotuose gaudo viską, kas juda. Net mažesnius paukščius. Tokį elgesį galėtų paaiškinti kiek „savanaudžiai” genai, tiek „socialiniai” genai, atsakingi ne už individo, už grupės evoliuciją. Norėdami atmesti vieną iš galimų paaiškinimų tyrėjai pabandė vorų kolonijoje sujaukti balansą tarp „karių” ir „auklių” (tarp „erelių” ir „balandžių”). Jei teisus būtų Richardas Dawkinsas, tuomet kolonijos sudėtis liktų pastovi. Tačiau paaiškėjo, kad „karių” ir „auklių” balansas laikui bėgant atsistato. Kitaip tariant, informacija apie santykį tarp „erelių” ir „balandžių” yra užkoduota šių vorų genetikoje! Tai yra labai geras socialinės evoliucijos arba „nesavanaudiško” geno pavyzdys, kuomet pavienis individas aukoja savo produktyvumą bei geno tęstinumą rūšies gerovės vardan.

Ir šioje vietoje atsiranda labai geras klausimas: tai kas yra tie nematomi žaidėjai? Kaip dažnai būna moksle, atsakymas atsirado, kai matematikams sugedo kavos aparatas ir jie pradėjo lankytis pas kaimynus biologus. Besikalbėdami su biologais prie kavos puodelio, matematikai atkreipė dėmesį į tai, kad biologų lygtys, kurios aprašo populiacijos pokyčius, yra labai panašios į lygtis, aprašančias investuotojų žaidimus akcijų biržoje!

Tai yra taip vadinamas pasikartojančio derinimo investicijų metodas (angl. multiplicative weights update algorithm). Investuotojas investuoja savo pinigus į kuo įvairesnes akcijas ir stebi, kaip toms akcijoms sekasi. Jei vienoms akcijoms sekasi blogiau, jis parduoda jas ne visas, o dalį, kurį yra proporcinga nesėkmei. Jei akcijoms sekasi gerai, investuotojas jas perka ir taip padidina jų dalį savo turimame akcijų portfelyje.

Panašiai elgiasi ir evoliucija! Tik evoliucinių lygčių atveju akcijos yra genai. Natūrali atranka yra linkusi atrinkti ne tik stipriausią geną, bet ir tuo pačiu siekia išsaugot genų įvairovę! Skirtingai nei teigia R. Dawkins savo knygoje, stipriausi genai nenukonkuruoja silpniausių.

Evoliucija elgiasi kaip atsargus biržos žaidėjas, kuris nestato visų pinigų ant stipriausio žaidėjo, o tolygiai paskirsto pinigus per visus rinkos žaidėjus. Po kiek laiko yra „pažiūrima”, kaip gerai atsipirko investicijos, ir investiciją į geresnį žaidėją yra padidinama, o investiciją į prastesnį yra sumažinama. Tai yra ne kietas spaudimas, o švelnus spaudimas, kuomet natūrali atranka palieka mažiau produktyvias genų variacijas, kurios gali būti kada nors reikalingos ateityje. Tokia žaidimo strategija, toks elgesys yra netikėtinai naudingas akcijų rinkose, kadangi tokios investicijos taip pat efektyviai grįžta, lyg būtų veikiama pagal visažinio ateitį numatančio eksperto patarimus.

Žmogus dažnai nori investuoti į geriausią rungtynių komandą. Tačiau tai nėra protinga, nes, pasikeitus aplinkybėmis, visos investicijos dings. Panašiai elgiasi ir evoliucija per natūralią atranką. Ji nėra linkusi atrinkti vien tik „savanaudžius” genus, siekiančius trumpalaikių tikslų, bet pasirenka ir „socialinius” genus, kurie pasiteisina ilgalaikėje perspektyvoje.

Šis evoliucinių žaidimų modelis taip pat paaiškina skirtingų lyčių atsiradimą. Lytis evoliucijai yra žalinga. Įsivaizduokite, kad mes atrinkome tokius genus, kad gimė idealus žmogus. Bet šis tobulumas akimirksniu dings, nes idealus žmogus pagimdys pusiau idealų vaiką! Ir jei skirtingos lytys pagreitina idealaus žmogaus atranką, dvejų lyčių egzistavimas taip pat greitai tą idealią kombinaciją ir sunaikina. Šiame įsivaizduojamame scenarijuje sunku pateisinti lyties atsiradimą, kadangi belytis dauginimosi būdas yra tiesesnis kelias link geriausio geno atrankos. Tačiau jei evoliucijai yra naudingesnė ne griežta atranka, o įvairovė, susiformuoja lytinis genų maišymo mechanizmas. Taip ir genų įvairovė didėja, ir gyvybė labiau atspari staigiems pokyčiams, ir tuo pačiu vyksta atranka.

Esminė visų žaidimų savybė yra ta, kad žaidimo eiga nėra nuspėjama. Kauliukai krenta atsitiktinai, kortos pasiskirsto dažniausiai sąžiningai, o „Žalgiris“ prieš CSKA žaidžia visada kitaip. O kaip yra su evoliucija? Ar evoliucija nuspėjama, ar nenuspėjama? Ar pradėk viską nuo švaraus lapo Žemėje matytume tuos pačius gyvūnus? Ar pakartojus evoliucijos „žaidimą” genai susidėlios taip pat, kaip susidėliojo dabar?

Vabzdžiai kovoja su nuodingais augalais keisdami tą patį geną, o jūrų žuvys, sumažėjus vandens sūrumui, reaguoja panašiais organizmo pokyčiais. Tačiau genetikos specialistai teigia, kad mus neturėtų suklaidinti galutinio rezultato panašumas, kadangi genetiniai pokyčiai dažniausiai yra atsitiktiniai ir vyksta skirtinguose genuose. Kaip pavyzdį pateikia vabzdį, kuris prisitaikė išgyventi atkartodamas augmenijos lapų spalvas ir formas. Būtų galima tikėtis, esant tai pačiai aplinkai evoliucija vyks panašiai. Mokslininkų nuostabai tik 17 proc. genetinių pokyčių buvo tie patys.

Daugiau nei 4 penktadaliai genetinių pokyčių buvo atsitiktiniai. Atrodytų keista, bet būtent taip ir vyksta evoliucija. Baziniai genai, kurie atsakingi už išlikimą, visada turi kitų atsarginių genų kokteilius, kurie aptarnauja antrines funkcijas, kurios galėtų būti naudingos išgyvenimui.

Sukryžminus vabalus su tais skirtingais pokyčiais, palikuoniai gauna stipresnius ir naudingesnius pokyčius. Geriausia analogija būtų prasidėjusi cheminė reakcija, kur chemikas stebi cheminę reakciją, turinčią keletą būdų pasiekt rezultatą, mato pradėjusį susidaryti galutinį produktą, o kartu ir grandžių tarpinių produktų kokteilį, kuris laikui bėgant nusistovi.

Komentarai

Spausdami siųsti mygtuką sutinkate su Taisyklėmis ir atsakomybe

Mokslas ir IT

 

Susiję įrašai

 
Visi įrašai
Kraunasi ...
 
GrojaraštisIrašaiKeisti
Kraunasi ...
  
VartotojasPašalinti
Kraunasi ...