機(jī)器人模擬出基因數(shù)百代進(jìn)化結(jié)果

日期：2011-05-06 10:23:57

為漢米爾頓親緣選擇規(guī)則提供了證據(jù)

據(jù)美國(guó)物理學(xué)家組織網(wǎng)5月4日（北京時(shí)間）報(bào)道，最近，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)和洛桑大學(xué)合作，使用機(jī)器人模擬生物基因在數(shù)百代間的進(jìn)化，闡明了生物學(xué)界持久爭(zhēng)論的難題，也為漢米爾頓親緣選擇規(guī)則提供了數(shù)量證據(jù)。該研究將于下周發(fā)表在開放雜志《科學(xué)公共圖書館—生物學(xué)》（PLoS Biology）上。

漢米爾頓親緣選擇規(guī)則于1964年由生物學(xué)家W·D·漢米爾頓提出。該規(guī)則認(rèn)為，如果一個(gè)家庭成員和其余家庭成員共享食物，會(huì)增加家庭成員把基因流傳下來的機(jī)會(huì)，許多基因是整個(gè)家族中所共有的。也即一個(gè)生物是否和其他個(gè)體共享其食物，取決于它和其他生物基因的相似性。但驗(yàn)證這一規(guī)則的活體生物試驗(yàn)需要跨越上百代，數(shù)量過于龐大，幾十年來實(shí)驗(yàn)幾乎不可能進(jìn)行，漢米爾頓規(guī)則因此長(zhǎng)期備受爭(zhēng)議。

洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)的機(jī)器人技術(shù)教授達(dá)里奧·弗洛里諾小組設(shè)計(jì)了一種機(jī)器人，模擬基因和基因組的功能迅速完成進(jìn)化，使科學(xué)家能分析檢測(cè)與基因特征相關(guān)的成本與收益效果。

此前合作小組也作過類似實(shí)驗(yàn)，是用覓食機(jī)器人執(zhí)行簡(jiǎn)單的任務(wù)，如推動(dòng)如種子似的物體到達(dá)目的地，將此過程多代進(jìn)化。那些不能把種子推到正確位置的機(jī)器人不能留下它們的程序編碼，而較好執(zhí)行任務(wù)的機(jī)器人能將自身程序編碼復(fù)制、變異，并與其他機(jī)器人傳給下一代的編碼重新結(jié)合——這是自然選擇的迷你模型。

在新實(shí)驗(yàn)中，研究小組又增加一個(gè)新維度：一旦某個(gè)覓食機(jī)器人把種子推到了正確目的地，還要決定是否與其他機(jī)器人共享它。他們還在機(jī)器人世界里創(chuàng)造了兄弟姐妹、堂表兄妹、非親戚關(guān)系等社會(huì)群體。進(jìn)化實(shí)驗(yàn)持續(xù)了500代，不斷重復(fù)著利他主義相互作用的各種場(chǎng)面：共享多少和個(gè)體成本，這些共享現(xiàn)象按照漢米爾頓規(guī)則發(fā)生。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果的數(shù)量和按漢米爾頓規(guī)則預(yù)測(cè)的數(shù)量驚人地相符。雖然漢米爾頓的最初理論并未考慮基因的相互作用，而在覓食機(jī)器人中模擬基因運(yùn)行，增加了一個(gè)基因和多個(gè)其他基因結(jié)合的綜合效果，而漢米爾頓規(guī)則仍然成立。試驗(yàn)證明，漢米爾頓規(guī)則很好地解釋了一個(gè)利他基因何時(shí)能被傳到下一代，何時(shí)不能。

這一發(fā)現(xiàn)同樣適用于蜂群機(jī)器人。“從這一實(shí)驗(yàn)中我們能提出運(yùn)算法則，而這種法則可以被用在任何類型機(jī)器人的進(jìn)化合作中。”弗洛里諾解釋說，“用這種利他主義算法，還能改進(jìn)飛行機(jī)器人的控制系統(tǒng)，讓它們更有效地合作，在群體飛行中更加成功?！?/DIV>