機器人模擬出基因數(shù)百代進化結(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)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)5月4日（北京時間）報道，最近，瑞士洛桑聯(lián)邦理工大學(xué)和洛桑大學(xué)合作，使用機器人模擬生物基因在數(shù)百代間的進化，闡明了生物學(xué)界持久爭論的難題，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)則認為，如果一個家庭成員和其余家庭成員共享食物，會增加家庭成員把基因流傳下來的機會，許多基因是整個家族中所共有的。也即一個生物是否和其他個體共享其食物，取決于它和其他生物基因的相似性。但驗證這一規(guī)則的活體生物試驗需要跨越上百代，數(shù)量過于龐大，幾十年來實驗幾乎不可能進行，漢米爾頓規(guī)則因此長期備受爭議。

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

此前合作小組也作過類似實驗，是用覓食機器人執(zhí)行簡單的任務(wù)，如推動如種子似的物體到達目的地，將此過程多代進化。那些不能把種子推到正確位置的機器人不能留下它們的程序編碼，而較好執(zhí)行任務(wù)的機器人能將自身程序編碼復(fù)制、變異，并與其他機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。

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

實驗結(jié)果的數(shù)量和按漢米爾頓規(guī)則預(yù)測的數(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，而在覓食機器人中模擬基因運行，增加了一個基因和多個其他基因結(jié)合的綜合效果，而漢米爾頓規(guī)則仍然成立。試驗證明，漢米爾頓規(guī)則很好地解釋了一個利他基因何時能被傳到下一代，何時不能。

這一發(fā)現(xiàn)同樣適用于蜂群機器人?！皬倪@一實驗中我們能提出運算法則，而這種法則可以被用在任何類型機器人的進化合作中?！备ヂ謇镏Z解釋說，“用這種利他主義算法，還能改進飛行機器人的控制系統(tǒng)，讓它們更有效地合作，在群體飛行中更加成功。”