Nowe teorie ewolucji.doc

Nowe teorie ewolucji

Niedawno odpowiadałem na trudne pytania dotyczące ewolucji w rozbrzmiewających echem salach londyńskiego Muzeum Historii Naturalnej, założonego przez antyewolucjonistę Richard Owena, którego zwykle łagodny Karol Darwin opisywał go jako ”zawziętego, niezwykle złośliwego i bystrego”.

Obok mnie na podium byli wybitni biolodzy, Richard Dawkins i Lewis Wolpert, zaś przed nami, pod ogromnym szkieletem dinozaura zwanego Dippy – kilkuset delegatów dorocznego zjazdu GECCO, konferencji poświęconej komputerowej genetyce i ewolucji.

Komputerów od dawna używa się do modelowania ewolucji biologicznej (w czym brał udział sam Dawkins), jednak Darwin byłby zdumiony, na ile sposobów jego idee są wykorzystywane przez specjalistów od komputerów przy rozwiązywaniu problemów nie dotyczących wcale biologii. Ewolucja działa zarówno w fabryce, jak i na polu, w taktyce wojskowej, przy automatycznej transkrypcji muzyki i w inżynierii morskiej - by wymienić tylko kilka z nich – co dowodzi, że darwinowska koncepcja ”nieinteligentnego projektu” może być czasami bardziej przydatna od najbardziej doświadczonych inżynierów.

Teoretycy wykorzystują ewolucyjną robotykę, algorytmy genetyczne i podobne metody, by naśladować zachodzące modyfikacje. Odpowiedniki mutacji, seksu i selekcji naturalnej pozwalają rozwiązywać problemy zbyt trudne dla czystej matematyki. Zestaw wstępnych rozwiązań konkuruje w komputerze - są losowo zmieniane i tasowane tak długo, aż po wielu generacjach ”hodowli” najlepszych z nich ostatecznie powstaje nowa, znacznie ulepszona wersja.

Wiele tytułów prac prezentowanych na konferencji nawiązuje do Biblii – na przykład: ”Idź do mrówki, leniwcze, przypatrz się jej drogom, abyś zmądrzał”. Dużo mądrości wynikło ze studiów nad tymi pracowitymi istotami. Technika zwana „”optymalizacją kolonii mrówek” opiera się na fakcie, że te owady zdobywają żywność w sposób, który wydaje się inteligentny, lecz w rzeczywistości jest całkowicie bezmyślny. Jedna z mrówek znajduje coś smacznego. Przynosi kawałek do mrowiska, nieco błądząc, przy czym zostawia ślad zapachowy. Kolejna mrówka trafia po tym śladzie z powrotem do źródła pokarmu, także przypadkowo klucząc, po niej trzecia, czwarta i tak dalej, dopóki te aktywne małe stworzenia nie wytyczą najkrótszej z możliwych tras, wyznaczonej zapachową autostradą, po której mkną, co robi wrażenie dokładnego planowania. Gdy jedzenie się kończy, mrówki rezygnują jedna po drugiej i ślad powoli się ulatnia.

Specjaliści od komputerów wypełniają swoje maszyny wirtualnymi mrówkami i powierzają im zadanie znalezienia drogi poprzez labirynt czy wykres. Idąc, wirtualne mrówki pozostawiają po sobie kodowany sygnał – trwa to tak długo, aż znajdą najszybszą drogę. Ta technika jest wykorzystywana w projektowaniu najbardziej efektywnych sieci telefonicznych, najlepszego wykorzystania bramek na Heathrow oraz przekazywania wiadomości za pośrednictwem sieci bezprzewodowej. Na przykład w sieci telefonicznej każda wiadomość przechodząc poprzez poszczególne węzły pozostawia cyfrowy ”ślad zapachowy” i wkrótce najszybsza trasa przyciąga największy ruch.

Kilka prac dotyczyło lekcji, jakie dała nam natura - prawdziwe, a nie elektroniczne insekty, co jest ulgą dla prostego biologa, mającego trudności ze zrozumieniem komputerowego żargonu.

Mrówki zachowują się w szczególnie cyfrowy sposób. Obszar wokół ich kolonii jest najbardziej uczęszczany w ciepły dzień, gdy wokół pełno jest jedzenia. Mieszkanki mrowiska wspólnie wybierają najlepszą strategię. Niektóre wychodzą na patrole, wracając do mrowiska tylko wtedy, gdy znajdą jedzenie. Gdy wracają do gniazda, obwąch**ą je współtowarzyszki, a ponieważ zapach mrówek zmienia się gdy przebywają na otwartej przestrzeni, pozostające w kolonii owady mogą wyczuć, ilu odkrywców wraca. ”Domatorki” potrzebują kilku spotkań ze zwiadowcami w odstępie kilku sekund, zanim zdecydują się na wyprawę na zewnątrz. Niedostatek pokarmu czy głodne ptaki sprawiają, że do kolonii wraca niewielu zwiadowców i mrowisko zachowuje spokój, gdy jednak przekroczony zostanie pewien próg, nagle wylewa się z niego głodna masa mrówek – a wtedy biada smakowitym kąskom na ich drodze.

Nawet bakterie posługują się formą grupowego myślenia, opartego na regułach matematycznych. Pewien gatunek bakterii spotykany u wielu pacjentów szpitali nie robi im krzywdy, dopóki nie zacznie wytwarzać zagrażających życiu lepkich warstw na powierzchni ran czy w płucach. To znowu efekt rojących się mrówek: gdy mikroorganizmów jest niewiele, nie ma potrzeby łączenia się w ściśle związane kolonie. Zamiast tego bakterie się dzielą, emitując chemiczny sygnał. Gdy jego natężenie przekroczy określony poziom, miliardy jednostek nagle łączą się w lepką i zabójczą warstwę.

Najnowsza koncepcja - ekscytująca w epoce oporności na leki - polega na projektowaniu leków blokujących sygnalizującą cząsteczkę, by ocalić pacjenta. Co dziwne, jednym z kandydatów jest wyciąg z czosnku – chemiczny sygnał odrażający zarówno dla bakterii, jak i Brytyjczyków. Algorytmy genetyczne są już stosowane w opracowywaniu leków i matematycy bez wątpienia zajmą się także czosnkiem.

Ewolucja w komputerze może wkrótce przezwyciężyć ewolucję w świecie rzeczywistym, bo bakterie i ich cyfrowe odpowiedniki stosują mutacje i selekcję naturalną, aby pokonać przeszkody jakie stawia im ludzka pomysłowość. To powinno udowodnić siłę teorii Darwina nawet najbardziej zatwardziałym sceptykom.

Steve Jones jest profesorem genetyki w londyńskim University College.