Вт, 13 Ноябрь

Обновлено:07:49:22 PM GMT

Премудрость и знание чистое
Вы здесь: Профессии Дивны дела Твои Эволюция через ПК

Эволюция через ПК

Первичный бульон — набор ингредиентов, предшествующих сложной органике, молнии плюс вулканизм...

Примерно так представляют себе учёные условия зарождения жизни. А как было на самом деле? Если нельзя вернуться в прошлое, остаётся только экспериментальная проверка. Только не хочется ждать миллионы лет, прежде чем в пробирке появятся многоклеточные существа.

Разные вариации опытов по созданию "жизни" (или сложных органических молекул) из неорганических смесей учёные проводили неоднократно. Но от первых биополимеров до ДНК, липидов, клеток, а от клеток до многоклеточных организмов – дистанция огромного размера. Сложно представить, что кто-то способен пройти весь этот путь в лаборатории – природа потратила на такую эволюцию эоны.

Зато можно попытаться воспроизвести пребиотическую и биологическую эволюцию в компьютере. Правда, для того, чтобы добиться корректного результата, нужны колоссальные вычислительные мощности. Зато путешествуя "снизу вверх" – от простого (моделирования молекул поштучно) к сложному – спонтанному появлению живых систем, можно доказать правомерность существующих взглядов на зарождение жизни на нашей планете.

Две части проекта EvoGrid. Справа: более реальный и близкий по времени компьютерный симулятор жизни. Слева: более отдалённый нанофабрикатор живых существ (иллюстрация DigitalSpace).

Две части проекта EvoGrid. Справа: более реальный и близкий по времени компьютерный симулятор жизни. Слева: более отдалённый нанофабрикатор живых существ (иллюстрация DigitalSpace).

Именно этим занимается ныне проект EvoGrid (Evolution Technology Grid) – создаваемый в США гигантский симулятор молодой Земли.

Лидер проекта и главный автор идеи – исследователь и предприниматель Брюс Деймер (Bruce Damer).

Деймер знает толк в численном моделировании. Это его DigitalSpace, к примеру, представила во всех деталях <a href="http://www.membrana.ru/articles/technic/2007/08/01/205600.html">высадку людей на астероид</a> (фото EvoGrid).

Деймер знает толк в численном моделировании. Это его DigitalSpace, к примеру, представила во всех деталях высадку людей на астероид.

Нам он известен как глава компании DigitalSpace, занимающейся трёхмерным моделированием космической техники по заявкам различных отраслевых фирм, а также – по заказу NASA.

Но интересы Брюса простираются куда дальше космической техники. Ещё в 1996 году он создал организацию Biota.org, координирующую усилия множества инженеров и учёных, занятых поиском ответов на вопросы – как появилась жизнь, можно ли создать жизнь искусственную и на что может быть похожа жизнь на других планетах?

Ныне, при содействии участников Biota.org, членов международного клуба Grey Thumb (его специализация – исследования в области искусственной жизни), компьютерных кудесников из DigitalSpace и ряда других специалистов, команда Деймера работает над программой, которая должна воспроизвести во всех деталях условия на Земле, предшествующие появлению жизни.

Не внося ничего нереального, а просто моделируя динамику и химические реакции молекул в первичном растворе, машина должна "дождаться" появления первых РНК, потом липидных мембран, пузрьков — прообразов живых клеток, самих одноклеточных существ и далее, как говорится, по списку.

Если все начальные условия воспроизвести правильно, неизбежно начнётся самоорганизация молекул в более сложные комплексы. Или мы неверно представляем начало эволюции на Земле (иллюстрация DigitalSpace).

Если все начальные условия воспроизвести правильно, неизбежно начнётся самоорганизация молекул в более сложные комплексы. Или мы неверно представляем начало эволюции на Земле (иллюстрация DigitalSpace).

Базируется EvoGrid на компьютерной программе GROMACS (GROningen MAchine for Chemical Simulations) , мощном симуляторе молекулярной динамики, созданном некогда в голландском университете Гронингена (Rijksuniversiteit Groningen), а ныне используемом учёными в ряде университетов.

Но вместо того, чтобы делать ставку на самые мощные суперкомпьютеры мира, проект EvoGrid намерен обратиться к силе распределённых вычислений, используя опыт проектов вроде знаменитого SETI@home. Деймер рассчитывает, что со временем в сеть EvoGrid будут включены свыше миллиона частных PC.

Брюс считает себя идеологическим наследником математика Нильса Баричелли (Nils Aall Barricelli). Этот учёный поставил первые в мире компьютерные эксперименты в области эволюции и симбиогенезиса (ещё в начале 1950-х, опираясь на одни из самых ранних компьютеров). И он был одним из пионеров исследования темы искусственной жизни.

На каком-то этапе цифровое создание уже может по праву именоваться организмом. В своей виртуальной вселенной оно питается и размножается (иллюстрация DigitalSpace).

На каком-то этапе цифровое создание уже может по праву именоваться организмом. В своей виртуальной вселенной оно питается и размножается (иллюстрация DigitalSpace).

"В некотором смысле мы так и не ушли от оригинальных экспериментов Баричелли, — говорит Деймер о численном моделировании зарождения жизни, — Посмотрим, насколько мы сможем продвинуться с миллионом потомков оригинальной машины фон Неймана".

При воспроизведении всех физических и химических свойств частиц первичного супа, полагает Брюс, в машине постепенно появятся примеры самоорганизации. Системы будут усложняться.

Софт будет выискивать признаки этих систем в "океане чисел" – регулярно повторяющиеся цепи органических молекул (геном), сферические контейнеры (прототипы оболочек клеток), длинные и устойчивые цепочки реакций (метаболизм).

Ключом к успеху проекта должно стать некое "дерево поиска" – набор алгоритмов, позволяющих по мере изменения различных параметров в среде (условные квадратики) автоматически, без участия человека, определять скачкообразный рост сложности химических систем (врезки справа), дабы докладывать о них хозяевам эксперимента. "Ручной" просмотр колоссальной армии виртуальных молекул в моделируемом первичном супе попросту нереален (иллюстрация EvoGrid).

Ключом к успеху проекта должно стать некое "дерево поиска" – набор алгоритмов, позволяющих по мере изменения различных параметров в среде (условные квадратики) автоматически, без участия человека, определять скачкообразный рост сложности химических систем (врезки справа), дабы докладывать о них хозяевам эксперимента. "Ручной" просмотр колоссальной армии виртуальных молекул в моделируемом первичном супе попросту нереален (иллюстрация EvoGrid).

Несмотря на колоссальную вычислительную мощь современных машин, такую эволюцию в числах нельзя сравнить с не менее колоссальным объёмом реакций, которые шли миллионы лет в океанах планеты. Потому, по оптимистичным оценкам Деймера, после запуска EvoGrid пройдёт от 20 до 40 лет, прежде, чем на искусственной Земле родится первая клетка. Но это – с сегодняшними скоростями вычислений. Если у пользователей появятся значительно более мощные машины – срок ожидания сократится.

Описанная программа EvoGrid – лишь часть одноимённого проекта. Эту "протоземлю" в машине авторы называют также Origins или Deep. Предполагается, что люди не должны вмешиваться в происходящее после старта программы. Иначе будет нарушена чистота эксперимента.

Но проект EvoGrid предусматривает параллельное создание ещё одной очень похожей программы, названной EvoGrid Broad или Intelligent Designer.

Здесь также должны быть детально воспроизведены законы физики, химии и биологии, но пользователи смогут вмешиваться в эволюцию, конструируя как известные, так и фантастические формы жизни.

EvoGrid Broad позволит запускать в компьютер виртуальных муравьёв, путешествующих по виртуальному лесу. Она же может воспроизвести какие-нибудь экзотические условия для жизни, чтобы нащупать и подобрать строение организмов к такой жизни приспособленных.

И тут-то может пригодиться ещё один план Деймера, правда уже рассчитанный на более отдалённое будущее и, отчасти, на не созданные ещё технологии.

Брюс и его коллеги по проекту придумали виртуальный сканер – некий комплекс софта и электроники, способный молекула за молекулой "просканировать" виртуальное существо, живущее в компьютерной вселенной. Записав его строение, учёные могли бы воспроизвести его в реальности, собрав из органических веществ шаг за шагом.

Просмотров: 2679
0

Благодарю за комментарий по теме


Защитный код
Обновить