Эволюции Ламарка, де Фриза, Поппера и синтетическая теория эволюции

Модель эволюции Ламарка. В 1809 г. Ж. Ламарк предложил, что все живые организмы целесообразно приспосабливаются к условиям среды. Причинами эволюции Ж.Ламарк (ламаркизм) считал стремление всех живых организмов к прогрессу, развитию от простого к сложному (учение о градации – уровень, ступень ), а также целесообразные изменения организмов, направленные на приспособление их к внешним условиям. Прогрессивную эволюцию, появление форм, более сложных и совершенных, он объяснил «законом градаций» – стремлением живых существ усложнять свою структуру. Согласно ламаркизму предполагается, что живые организмы способны сами находить верное решение, как себя улучшить, и, более того, сами же способны свое решение осуществить.

Ж.Ламарк вывел два закона:

1) Упражнение органов приводит к их прогрессивному развитию. Неупражнение органов приводит к редукции.

2) Результаты упражнений и неупражнений органов при достаточной продолжительности воздействия закрепляются в наследственности организмов и далее передаются из поколения в поколение вне зависимости от вызвавших их воздействий среды.

Эволюция Ж.Ламарка является мощной концепцией искусственной эволюции, применимой в науке и технике, в частности, для построения интеллектуальных ИС и решения оптимизационных задач. На рис. 3.4. приведена условная упрощенная схема модели эволюции Ламарка.

Рис. 3.4. Условная упрощенная схема модели эволюции Ламарка

Модель эволюции де Фриза. В ее основе лежит моделирование социальных и географических катастроф, приводящих к резкому изменению видов и популяций. Де Фриз, а также Ян Лотси, У.Бетси, В.Гольдшмидт, В.Курдюм отклоняли интегрирующую роль естественного отбора, а в процессах появления мутаций видели непосредственно факторы видообразования. Они развили идеи сальтационизма, по которым основным путем происхождения видов служат внезапные скачки без предварительного накопления количественных изменений в процессах эволюции. Иногда такую эволюцию называют эволюцией катастроф. Он проявляется ориентировочно один раз в несколько тысячах поколений. Основная идея его состоит во внесении глобальных изменений в генофонд на момент катастрофы. Такую эволюцию называют эволюцией де Фриза. Появление видов путем внезапных скачков – это реальный процесс.

Согласно закону Гарди (равновесие популяции) и закону Пирсона (стабилизирующее скрещивание), если на популяцию не действуют внешние факторы, то закономерности популяции поддерживают наследственное строение в неизменном состоянии. На рис. 3.5. приведена условная упрощенная схема модели эволюции де Фриза.

Рис. 3.5. Условная упрощенная схема модели эволюции де Фриза

Мутационный процесс поставляет материал для эволюции, обладает своими собственными закономерностями, но не определяет закономерности эволюционного процесса.

Внешняя среда в конечном итоге определяет эволюцию, но не в простой форме связи между наследственной изменчивостью организмов и средой как в эволюции Ж.Ламарка, а в более сложной форме. Модернизированную схему (Н.Дубинин) эволюционного процесса с учетом эволюции де Фрика можно представить в виде схемы (рис. 3.6).

Рис. 3.6. Модернизированный механизм эволюции Ламарка

Модель Поппера. К.Поппер предложил обобщенную эволюцию, интерпретированную в виде триады: дедуктивизм (лат. deductio— выведение — метод мышления, при котором новое положение выводится чисто логическим путем из предшествующих, вывод по правилам логики; цепь умозаключений (рассуждение), звенья которой (высказывания) связаны отношением логического следования.) – отбор – критическое устранение ошибок. Она излагается в виде 12 тезисов, основные из которых следующие:

· все ИС и ЕС решают проблемы;

· проблемы всегда решаются методом проб и ошибок;

· устранение ошибок может осуществляться либо путем полного устранения неудачных форм, либо в виде эволюции механизмов управлений, осуществляющих модификацию или подавление неудачных форм поведения или гипотез;

· популяция использует тот механизм управления, который выработался в процессе эволюции ее вида;

· популяция представляет собой «головной отряд» эволюционного вида к которому она принадлежит. Она сама является пробным решением, анализируемым в процессе эволюции, выбирающим окружающую среду и преобразующим ее;

· эволюционная последовательность событий представляется в виде схемы

F ₁ → TS → EE → F ₂,

где F ₁ – исходная проблема, TS – пробные решения, EE – устранение ошибок, F ₂ – новая проблема.

В отличие от эволюции Ч.Дарвина, где существует одна проблема – выживания сильнейших, в эволюции К.Поппера существуют и другие проблемы: воспроизводство, избавление от лишнего потомства и т.д. Здесь важное значение имеет отличие F ₁от F ₂, что как-то объясняет творческую интеллектуальную эволюцию.

Существует мнение, что информация не входит в ИС и ЕС из окружающей среды, а ИС и ЕС исследуют окружающую среду и активно получают из нее информацию. Знания при этом – это любые формы приспособления или адаптации ИС или ЕС к условиям окружающей среды. Причем знание имее характер ожидания. Всякое знание есть результат пробы и устранения ошибок – плохо приспособленных гипотез, адаптации, элементов.

Процесс выбора лучшей индивидуальности в эволюции К.Поппера может являться процессом отбора (селекции), а отбор из некоторого множества случайных событий не обязан быть случайным. Он также предполагает триаду миров:

· мир физических вещей (модели эволюции);

· мир индивидуального мышления (знания, модели, оптимизационные задачи);

· мир объективного содержания мышления (популяция альтернативных решений).

В концепции К.Поппера эволюция рассматривается как развивающаяся иерархическая система гибких механизмов управления, в которых мутация интерпретируется как метод случайных проб и ошибок, а отбор – как один из способов управления с помощью устранения ошибок.

Итак, в эволюции К.Поппера процесс слепой изменчивости и избирательного сохранения лежит в основе прироста знания, возрастания приспособленности к внешней среде. В этом процессе выделяются три основные части:

· механизмы изменчивости;

· согласованные процессы отбора;

· механизмы сохранения или распространения отобранных вариантов.

Этим механизмам присущи противоречия и между ними необходимо устанавливать гомеостаз. Процессы, позволяющие сокращать случайную изменчивость, сами являются результатом индукции, так как сохраняют и используют знания о внешней среде. На рис. 1.7. приведена условная упрощенная схема модели эволюции Поппера.

Модель синтетической эволюции. Эволюция Дарвина на основе естественного отбора на каждой из своих ступеней создает все новые условия генотипической среды. Дарвин говорил лишь о категории неопределенной изменчивости. В настоящее время ее подразделяют на мутационную и комбинационную или комбинативную.

С момента разделения изменчивости на две категории возникают предпосылки для создания новой, синтетической, теории эволюции. Суть ее в следующем: вновь образующиеся изменения генов, а также появляющиеся при этом в результате скрещивания комбинации генов подвергаются отбору под воздействием факторов внешней среды.

Рис. 3.7. Условная упрощенная схема модели эволюции Поппера

Основные положения синтетической теории эволюции согласно Н.Дубинину следующие:

· эволюция невозможна без адаптации организмов к условиям внешней среды;

· естественный отбор, опираясь на процессы генетики популяций, создает сложные генетические системы. Их модификации закрепляются стабилизирующим отбором;

· в популяциях наследственная изменчивость имеет массовый характер;

· наиболее приспособленные особи оставляют большое количество потомков;

· реальным полем эволюции являются интегрированные генетические системы;

· виды происходят путем эволюции популяций. Источником этой эволюции служат постоянная интеграция генотипов или появление макромутаций (внезапное видообразование).

Полная модифицированная схема синтетической теории эволюции показана на рис. 3.8.

Рис. 3.8. Полная схема механизма эволюционного процесса

Процессы, происходящие при реализации синтетической теории эволюции по Н.Дубинину, включают:

· случайные колебания численности отдельных популяций;

· периодические колебания численности популяции;

· скачкообразные колебания численности популяции;

· колебания численности популяций, обусловленные процессом миграции.

Эволюционный процесс связан с двумя типами адаптаций. Один тип адаптации основан на выработке приспособлений к тем условиям внешней среды, в которых вид существует в настоящее время. Другой тип адаптации связан с выработкой таких особенностей в структуре, которые должны обеспечить его соревнование с другими видами во времени.

Основная задача синтетической теории эволюции – определение природы противоречий или постепенной эволюции, т.е. разных форм противоречий между наследственностью и постоянно меняющимися потребностями в приспособлении.

В ЕС можно выделить пять видов эволюции:

1. синтетическая теория эволюции (модифицированные эволюции Ч.Дарвина, Ж.Ламарка, де Фриза);

2. ламаркизм или эволюция Ж.Ламарка (адекватное унаследование влияния факторов среды);

3. сальтационизм (эволюция де Фриза, сведение эволюции только к скачкам);

4. номогенез (действие специальных внутренних факторов, обеспечивающих генетическое развитие);

5. прогрессивная эволюция.

Эволюция Ч.Дарвина частично объясняет прогрессивную эволюцию. Сложные высокоорганизованные формы побеждают в жизненной борьбе более простые не потому, что они более сложные, а потому, что они лучше приспособлены к окружающим условиям.

Кардинальное положение синтетической теории эволюции – признание стохастичности процессов мутаций и больших резервов рекомбинационной изменчивости. Условия внешней среды – не только факторы исключения неприспособленности особей, но и формирующие особенности самой синтетической теории эволюции. В этой связи в эволюции ЕС и ИС важное значение имеет объединение всех видов и форм эволюции в синтетической теории эволюции.