生物体选择模块化进化是为降低成本

2013-2-16 18:02 来源: 中国科学院
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  据物理学家组织网近日报道,美国康奈尔大学研究人员领导的研究团队通过在计算机内模拟25000代的进化情况后发现,生物网络在进化中产生模块化组织的原因,并不是之前认为的为了更好地适应环境,而是由于模块化设计会产生更少和较短的网络连接。新的研究发现将导致对进化的复杂性有更深入理解,有助于人工智能的发展。相关论文发表在《英国皇家学会会刊B辑》上。

  从大脑到基因调控网络,许多生物实体被组织成模块——密集的零件相互连接在一个复杂的网络里面。几十年来,生物学家想知道人类、细菌和其它生物为什么以模块化的方式进化。自然界通过构建模块化将不同部分结合起来,但至今还没有人找到自然界首选模块化演变这一方式的原因。著名生物学家理查德·道金斯、金特P·瓦格纳以及斯蒂芬·杰·古尔德把“复杂性进化”作为模块问题的焦点进行争辩。

  多年以来,一个流行甚广的假设认为,选择模块化进化的生物体对各种变化能作出更快速反应,因此比非模块化的竞争对手有一个适应的优势。而新研究认为,模块化进化并不是为了更好地适应性优势,而是模块化设计具有更短和更少的网络连接,从而大大降低组建和维修的成本。

  研究人员通过计算机模拟对新理论进行了测试。当增加网络连接的成本时,模块会立即出现;不增加成本的话,模块绝不会形成。研究人员表示,这个结果有助于解释为什么宇宙中模块化的存在那么普遍,从生物网络到神经网络、血管网络、基因调控网络、蛋白质相互作用网络、新陈代谢网络,甚至人造网络如互联网。“模块化进化能让我们创建更复杂精密的大脑。”参与研究的美国怀俄明州大学计算机科学助理教授杰夫·克卢恩说。