Лабораторная работа № 11.

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЛОГЕНЕЗА

 

Цель работы: Исследование филогенеза методом имитационного моделирования.

Оборудование: видеоролик, игра «Жизнь», программное обеспечение Gnuplot, интернет ресурсы.

Теоретическая часть

Происхождение жизни − одна из важнейших нерешенных проблем не только биологии, но и естествознания в целом. Твердо установлено, что на Земле биогенез последовал за планетогенезом, а последний − за космогенезом и астрогенезом. Поэтому возникновение жизни и ее дальнейшая эволюция − это, скорее всего, закономерный этап глобального эволюционизма Природы, т. е. Вселенной в целом. Такую концепцию утвердил выдающийся отечественный естествоиспытатель, отец биогеохимии и ноосферного подхода В.И. Вернадский.

Вместе с тем, ввиду пока теоретической нерешенности проблемы глобального эволюционизма, его этапы, в том числе − биогенез и филогенез, также остаются не раскрытыми наукой до конца. Поэтому любые теоретические разработки указанного плана являются научно значимыми.

Одна из таких разработок, весьма популярная в научных кругах, это − игровая модель под названием «Жизнь». Ее автор − математик из Великобритании Дж. Г. Конвей, год создания модели − 1970. По мнению ученых, эта модель превосходно имитирует рост, распад и другие изменения в развитии популяций.

Имитационная модель «Жизнь» позволяет изучать основные закономерности эволюции популяций. Игра «Жизнь» исходно разработана как компьютерная модель, и в этом виде она наиболее продуктивна в научном исследовании и в преподавании.

Практическая часть

1. Усвойте правила игры «Жизнь», для проведения которой достаточно иметь клетчатое поле формуляра отчета:

1.1. Клеточная популяция (например, колония или многоклеточный организм) имитируется определенной конфигурацией клеток поля, которая эволюционирует от исходного к конечному виду по определенным правилам игры;

1.2. Судьба конкретной клетки в конфигурации однозначно определяется числом соседних с ней клеток, в качестве которых рассматриваются клетки, контактирующие с данной по вертикали, горизонтали или диагонали;

1.3. Клетка выживает (остается на игровом поле) в следующем поколении, если у нее имеется 2 или 3 соседние клетки;

1.4. Клетка гибнет (исчезает с поля) в следующем поколении, если занято более трех («перенаселение») или менее двух («незащищенность») соседних клеток;

1.5. Клетка рождается (пустое место занимается клеткой) в последующем поколении, если занято три (и только три!) соседних (с местом рождения) клетки.

2. Закрепите на простом примере эволюцию исходной конфигурации, представленной на рис.:

Анализ производится одномоментно для всех занятых и пустых клеток (рис.). Знаком X удобно обозначать погибающие клетки, знаком О − рождающиеся, точкой − незанятую клетку (при необходимости ее различения с занятой).

3. Уясните основные исходы эволюции клеточной конфигурации:

а) гибель:

б) стабилизация:

в) циклическое воспроизводство:

г) неограниченный рост:

Показанные на рисунке начальные конфигурации не обязательно являются исходными для популяции. Они могут образовываться в процессе эволюции последней, что, очевидно, не меняет конечного результата. Циклическое воспроизводство может происходить не только в трех поколениях но и в гораздо большем их числе.

4. Проделайте процедуры по правилам игры для следующей конфигурации:

Ответьте, каков итог такой эволюции и почему эта фигура называется «лемминг»?

5. Проделайте процедуры игры для следующей конфигурации:

Объясните, почему эта фигура называется «планер»? Есть ли общие черты в эволюции для «лемминга» и «планера»?

6. Осуществите эволюцию для фигуры, представленной на рис.:

Проведите действия для 10 поколений, внимательно выполняя все процедуры. Какой вывод можно сделать по итогам такой эволюции?

7. Проведите действия для следующей фигуры «два лемминга»:

В отличие от предыдущего рис. данная конфигурация четко доводится в своей эволюции до логического завершения. Каков итог такой эволюции?

8. Дополнительные примеры для работы в аудитории или самостоятельно можно почерпнуть из списка приведенной литературы.

Контрольные задания

1. Какие гипотезы происхождения живой материи вам известны?

2. Какими признаками отличается живое от неживого?

3. Какие аналогии между живой и неживой материей можно провести?

4. Какая эволюция предшествовала клеточному уровню развития жизни? Можно ли вирусы отнести к живым организмам?

5. Какие основные функции ДНК?

⇐ Предыдущая27282930313233343536Следующая ⇒

Поделиться: