Цифровой журнал «Компьютерра» 2013 № 28 (181) - [8]

Выложив очередную колонку, я раз за разом заглядываю на сайт КТ: как восприняли? Чаще сначала появляются комментарии от тех, кто понял, а потом подтягиваются пропагандисты креационизма и сакральных традиций, а также профессиональные спорщики. Реагировать? Надо понять, для кого я пишу колонки. Естественно, для читателей (ну и, конечно, немного для себя). Значит, надо отвечать. Как это делать, не утопая в грызне под колонками? Тут я попробую рассказать об одной работе с моим участием. Сможет ли она стать аргументом, позволяющим проиллюстрировать подход, который кажется мне правильным?

Я расскажу о фрагменте работы, которую три недели назад защитила как кандидатскую Марина Кравченко. Я — научный руководитель этой работы. Главные (с моей точки зрения) её результаты опубликованы с моим участием (здесь — сама модель, а тут — результаты моделирования, о которых я расскажу).

То, что я сейчас буду описывать, не является сутью диссертации Марины с точки зрения формальных требований. Зато это та её часть, из которой, как мне кажется, следуют определенные мировоззренческие выводы.

Марина Кравченко изучала трансформации популяционных зелёных лягушек. Динамика этих систем (мы называем их ГПС, гемиклональными популяционными системами) практически не изучена. Почему? Сейчас объясню.

Начну с утверждения, что основные свойства хорошо известных нам биосистем (организмов, популяций, сообществ) являются следствием передачи генетической информации с рекомбинацией (перебором сочетаний).

Главный механизм эволюции — отбор организмов, поколение за поколением проходящих непростой путь самоорганизации под влиянием наследственной программы. Одним из важных способов повышения эффективности эволюции таких наследственных программ стало оплодотворение — слияние клеток двух разных организмов. Каждая из этих клеток несет наследственные задатки, отобранные в предыдущих поколениях. Но у клетки, которая получится от их слияния, набор генетической информации окажется удвоенным. Поэтому неотъемлемой частью жизненных циклов с оплодотворением становится мейоз — клеточное деление, при котором количество генетической информации сокращается вдвое. Чередуясь в жизненном цикле, мейоз и оплодотворение поддерживают количество передаваемой генетической информации относительно постоянным.

Мейоз и оплодотворение поддерживают рекомбинацию генетического материала, ускоряя выработку приспособлений в эволюции. Генетически уникальные организмы, производящие генетически уникальные половые клетки, популяции с общим генофондом, межвидовая изоляция и особая эволюционная судьба каждого вида — следствия этого процесса.

Среднеевропейские зелёные лягушки (и несколько иных гибридогенных комплексов видов) вносят принципиальное изменение в базовый процесс. В этих комплексах образуются межвидовые гибриды, которые передают будущим поколениям комплекс генетической информации, полученной от одного из родительских видов, как единое целое, без рекомбинации. И в силу этого свойства всех иерархических структур, существование которых поддерживается размножением с рекомбинацией, меняются.

Организмы начинают производить одинаковые, клональные половые клетки. Гибриды принадлежат к полуклонам с функционально различающимися геномами (комплексами наследственной информации): одни из этих геномов передаются из поколения в поколение клонально, другие — используются в течение жизни особи, а потом бесследно уничтожаются. Границы между популяциями размываются, ведь в совместном размножении участвуют и представители родительских видов. Сплошь и рядом нарушение базового способа передачи генетической информации приводит к появлению необычных особей. Это полиплоиды с увеличенным количеством геномов, а также частичные межвидовые рекомбинанты. Между родительскими видами происходит обмен генетической информации, причем внедрение чужеродных генов затрагивает и те популяции, которые не участвуют в гибридизации.

Интереснейшая для популяционного эколога проблема — выяснение того, как поддерживается устойчивость популяционных систем, в рамках которых происходят такие чудеса. Как исследовать такую проблему?

Конечно, основа для такого ответа — сбор эмпирических данных. И нами, и другими исследователями установлено, что состав ГПС может со временем меняться. Некоторые из таких изменений мы с нашими студентами наблюдаем в поле. В любом случае такие трансформации — чрезвычайно длительный процесс, а их отслеживание — тяжёлая работа. О том, чтобы с помощью полевых исследований за разумное время изучить закономерности этих трансформаций, рассмотреть совокупность возможных состояний и логику их преобразования, говорить не приходится. Что же делать?

Применять моделирование. Причем не аналитическое, в ходе которого мы используем заранее установленные зависимости, описывающие результаты интересующих нас процессов, а имитационное. В ходе имитационного моделирования мы пытаемся хотя бы приблизительно описать этапы изучаемых преобразований, определяя, в каком направлении изменяется интересующая нас система.

Так мы и сделали. Описали годичный цикл зелёных лягушек, выделили в нём этапы, влияющие на состав ГПС, задали зависимости, характеризующие такие изменения. На основании собственных и литературных данных предположили, какой состав половых клеток характерен для каждой из форм гибридных лягушек. Получили конструкцию из уравнений, описывающих интересующие нас параметры.