header

» » » » Теория игр и эволюция

Теория игр и эволюция

Теория игр и эволюция


Математические стратегии и модели теории игр, были построены на покере и других настольных, и именно эта идея, основанная на конкуренции и борьбе за карточным столом, дает ключи к созданию модели происхождения жизни на Земле. 

 

Теория игр – раздел математики, который был создан, как упражнение, объясняющее карточные игры. Сначала Джон Фон Нейман разработал 1920 году идею нулевой суммы игры: то, что приобретает один игрок, неизбежно теряет другой. Методы теории игр использовались для количественного определения достоинств разных стратегий. Стоит ли повышать или понижать ставки. Позднее Нейман в сотрудничестве с экономистом Моргенштерном, где теория игр связывалась с экономическими факторами. Разработка ученых не слишком пришлась ко двору в экономике и медленно продвигалась в этой области, однако, в некоторых других сферах жизни она была принята сразу, например, ее использовали для анализа стратегий холодной войны. Однако все изменилось, после выхода в свет теории равновесия математика Джон Нэша, сложная история жизни которого стала довольно благодаря фильму «Игры разума».

 

Равновесие Нэша 

 

Теория Нэша заключалась в том, что при сложной ситуации, где участвует несколько игроков, можно разработать несколько различных стратегий, и даже в самых сложных случаях, существует вариант, при котором в выигрыше оказываются все участники игры. Тогда у конкурентов теряется стимул менять разработанную стратегию, независимо из того какая область участвует в игре: экономика, международные отношения. Всегда можно добиться стабильное состояние или равновесие, при условии, что за столом переговоров сидят разумные люди.

 

Равновесие Нэша стало центральным понятием в методах и моделях теории игр и позволило распространить идею практически на все области, изучающие поведение человека: психологию, социологию, политологию и экономику. В конце 70-х годов прошлого века идеи математиков вторглись в Биологию, когда ученые Джордж Прайс и Джон Мейнард Смит доказали, как равновесие Нэша можно применить конкуренции и выживанию видов. Экосистема, где все ниши способствовали лучшему выживанию всех ее участников, является очень устойчивой, и ученые предположили, что обнаружили «Эволюционную стабильную стратегию».


По мнению ученых животные выбирают из разных возможных стратегий наиболее оптимальную. Например, кошки принимают решение, стоит ли им пойти поохотиться на мышей или провести время, потираясь о ноги людей и мурлыкая, пока им не наспят в миску их любимый корм. Для большей части существ не так много вариантов различных стратегий. На острове заселенном только ястребами и голубями, хищники действуют агрессивно, а голубям достается пассивное поведение. С точки зрения эволюционной стабильности рано или поздно будет достигнуто состояние, когда увеличение или уменьшение представителей разных видов не дает преимуществ в любой из групп.


Ученые пошли в своих рассуждениях дальше. Если теория игр работает в мире живых существ, то, возможно, она также применима к биологическим молекулам? По мнению Кэтрин Бохл не только целые организмы, но и макромолекулы в них, влияющие на репродуктивных успех, можно рассматривать как игроков с точки зрения теории игр, а их свойства в этом случае являются выбранной стратегии. Ведь в математической теории не учитываются познавательные возможности участников.

 

Кооперация молекул

 

Идея о том, что конкурентные химические реакции могут прийти в состояние некоторого соглашения, которое позволяет достичь оптимального состояния. Так же как в экономике конкуренты хотят максимализировать прибыль, молекулам нужно увеличить энергетическую устойчивость, а это возможно только при уменьшении затрат энергии. В теории Нэша стабильное состояние не зря называется равновесием, и в химических реакциях рано или поздно достигается равновесное состояние. Неслучайно Джон Нэш изучал химию, пока не переключился на математику.

 

Живые молекулы могут иметь различные стратегии, способствующие выживанию организма. Так, гены являются ключевыми факторами, обеспечивающими способность к выживанию и воспроизводству. Некоторые из них, очевидно, не имеют свойств, которые играют роль в реализации кооперативной стратегии, приносящей пользу организму. Они не  нужны телу, однако приспособились заставлять других заботиться о них, и таким способом передают себя следующим поколениям. Кэтрин назвала их паразитами генома, они похожи на людей, которые извлекают выгоду из услуг общественной жизни, но делают все, чтобы не платить налоги.

 

Были определены некоторые игровые стратегии молекул. Некоторые белки сворачиваются в жесткую форму, другие являются более гибкими, третьи могут быть гибкими или жесткими, это зависит от свойств белков, с которыми они взаимодействуют. Это можно рассматривать как стратегические модели теории игр и проанализировать математическими методами. Идеи стратегий можно применить и к вирусам, которые можно рассматривать как генетический материал на границе между живым и неживым.  Подобные модели происхождения жизни являются очень ценными, так как дают новые возможности в разработке стратегий с инфекционными заболеваниями, где  вступают в игру врачи.

 

В 2012 году Нилеш Вайдиа из Портленда создал работоспособную модель происхождения жизни на земле. Когда-то на заре существования нашей планеты молекулы могли создать сложное взаимодействие, которое можно проанализировать, как модель теории игр. Рибозимы (фрагменты РНК), обладающие каталитическими способностями, собрались в достаточно сложное соединение, чтобы запустить жизнь. Ученые экспериментально показали, как это могло случиться на модели происхождения жизни.  Первый фрагмент РНК, катализирует создание второго, которые в свою очередь запускает «сборку» третьего. Третий начинает катализировать создание первого. Это были первые живые «кооператоры» и они вполне могли случайно появиться в первобытно бульоне. Некоторые «эгоистичные» рибозимы реплицировали только подобные себе молекулы. Похоже, что стратегия сотрудничества, также как и в методах теории игр, смогла вытеснить эгоистическую и создать предбиологическую сложность, увеличив вероятность происхождения жизни на Земле.  По мнению Вайдии эксперимент в их лаборатории показывает, что кооперативные стратегии имеют преимущества даже на молекулярном уровне зарождающейся жизни. 

Автор: Katerina3007   11-03-2015

Рубрика: Наука, Слайдер для новостей

Рейтинг:

Просмотров: 1749

Комментариев: 0

Статьи по теме

Комментарии

Зарегистрируйтесь, чтобы оставлять комментарии