Основы теории эволюции

Описание лабораторной установки

Лабораторная установка

Лаборатория «Основы теории эволюции» позволяет создавать популяции виртуальных организмов и исследовать их эволюционные преобразования, управляя факторами эволюции.

Компоненты интерактивных моделей

• Среда обитания популяции («поле»). Среда обитания имеет определенную окраску, которая в некоторых моделях может изменяться со временем. Некоторые участки могут играть роль непроходимых барьеров.
• Популяция вида с заданным набором хромосом, генов и их аллелей.
• Невидимые хищники, периодически истребляющие особей популяции (обычно наиболее заметных на фоне среды).
• Катастрофы – стихийные бедствия, уничтожающие часть популяции вида вне связи с окраской особей.
• Столбчатые диаграммы, отображающие количество аллелей, признаков или их сочетаний в популяции, а также степень близости усредненной окраски особей к цвету среды и другим цветам.

Характеристики популяции

В моделях вам встретятся виртуальные организмы, населяющие среду обитания, способные к размножению и расселению. Особи виртуальной популяции имеют гаплоидный или диплоидный набор хромосом с определенными генами, бесполое или половое размножение, заданные параметры жизненного цикла (продолжительность жизни, сроки размножения, число потомков). В случае полового размножения особи могут быть гермафродитами или же раздельнополыми.

Структура генома

Геном особи может включать от 1 до 8 генов, расположенных в заданном числе хромосом. Гены в моделях полностью определяют развитие внешних признаков у особи, включающих окраску, форму тела, пол, избирательность скрещиваний, наличие органов чувств и органов передвижения. Большинство генов имеют только два возможных аллеля, однако в некоторых моделях гены, определяющие окраску, содержат более сотни аллелей. Для аллельных генов моделируется полное или неполное доминирование.

В случае генетического определения пола и диплоидного набора хромосом каждая особь несет пару половых хромосом: самцы XY, самки – XX. Половые хромосомы негомологичны и содержат разные наборы генов, но в хромосоме Y всегда присутствует ген, ответственный за развитие самца.

Естественный отбор

Во многих моделях особи виртуальной популяции подвержены воздействию хищника. Невидимые хищники через заданные промежутки времени уничтожают определенный процент популяции вида. Поведением хищников можно управлять, регулируя процент гибели особей, хорошо заметных на фоне среды, и особей, сливающихся по цвету со средой обитания. Степень различий цветов рассчитывается в системе HSL, где каждому цвету соответствует свое значение H (цветового тона, hue), S (насыщенности цвета, saturation), L (светлоты, lightness). Максимальными различиями характеризуются цвета, наиболее удаленные друг от друга в веретене HSL: например, белый и черный, синий и желтый.

Избирательность скрещиваний и половой отбор

В некоторых моделях самки могут обращать внимание на окраску самцов и чаще скрещиваться с самцами более привлекательной окраски. Чтобы особи проявляли избирательность в скрещиваниях, необходимо выбрать половой тип размножения и указать, какая окраска является наиболее привлекательной. Тогда самки среди окружающих их самцов выбирают наиболее «привлекательных», с которыми и вступают в размножение.

Жизненный цикл

Все особи имеют определенную продолжительность жизни. Через заданные промежутки времени происходит размножение: в случае полового размножения отсчет времени вынашивания потомства начинается после скрещивания, в случае бесполого – сразу после предыдущего размножения. По окончании этого времени особь производит потомков, заселяющих соседние незанятые клетки.

При бесполом размножении генотипы потомков идентичны генотипу родителя (если не произошло мутаций). При половом размножении часть генов наследуется от отца, часть – от матери.

Пространственное распределение и перемещение

В клетке поля может находиться только одна особь. За один такт времени («день») особь может перемещаться на соседнюю свободную клетку. Как правило, это перемещение осуществляется направленно. Во-первых, особь сравнивает цвет среды в соседних незанятых клетках со своим собственным и перемещается в ту клетку поля, где различия наименее выражены, чтобы стать менее заметной для хищника. Во-вторых, при половом размножении особи ищут партнеров для размножения.