Zašto je evoluiralo toliko različitih očiju? Simulacija nalik video-igri mogla bi dati odgovore

„Moćna“ metoda za proučavanje evolucije mogla bi pomoći istraživačima da shvate kako su vrste razvile specijalizovane oči.

Pauci imaju više očiju raštrkanih po glavi, dok predatorski kičmenjaci imaju samo dva oka, okrenuta napred. Rak-bogomoljka može da vidi više boja nego ljudi, koji vide više boja nego psi.

Preporučujemo

Zašto je evoluiralo toliko različitih tipova očiju? Nova računarska simulacija nalik video-igri, u kojoj oči evoluiraju tokom više generacija, sugeriše da su se različite vrste očiju možda pojavile radi rešavanja specifičnih zadataka i da su se bolje oči morale razvijati uz bolje mozgove.

Stariji modeli evolucije vida simulirali su ovo čulo izolovano od drugih sposobnosti, ali nova simulacija šire sagledava kako stvorenja uče o svom svetu i kakvu ulogu vid ima u tom procesu, što je mnogo bliže načinu na koji biologija zaista funkcioniše.

Istraživači koji proučavaju evoluciju generalno moraju da krenu od kraja: mogu da posmatraju različite vrste i pokušavaju da razumeju zašto su razvile specifične odlike. Međutim, naučnici iz Masačusetskog instituta za tehnologiju želeli su da simuliraju početak, stvarajući vizuelno okruženje i posmatrajući kakve vrste vida nastaju dok se oči prilagođavaju tokom više generacija.

Za kreiranje tog okruženja je upotrebljen softver koji oponaša fiziku stvarnog sveta, slično video-igri. Zatim je taj svet naseljen stotinama digitalnih „agenata“ — jednostavnim jedinkama sa jednim okom koje vidi jedan piksel i računarskim sistemom poznatim kao nervna mreža, koji predstavlja osnovni mozak sposoban da uči iz okruženja. Istraživači su onda blago podešavali ove stavke tako da je svaki agent započeo sa drugačijim biološkim sklopom, kako bi se imitirala genetska raznolikost u stvarnom svetu.

Agenti su dobili zadatak da se kreću u svom okruženju — ili da pronađu put kroz lavirint ne udarajući u zidove ili da pronađu zelenu „jestivu“ kuglu izbegavajući dve crvene „otrovne“ kugle. Ponavljajući zadatak, agenti su mogli da uče iz svojih uspeha i neuspeha.

Radi imitiranja prirodne selekcije, agenti koji su bili najuspešniji u obavljanju zadatka prenosili su svoje odlike — poput broja očiju i oštrine vida — novoj „generaciji“ agenata. Simulacija je takođe uključila neke nasumične promene nasleđenih odlika da bi se imitirale genetske mutacije do kojih dolazi spontano.

Polako se pojavljivao složeniji vid. Do 50. generacije, agenti koji su morali da pronađu hranu i izbegnu otrov razvili su dva napred okrenuta oka sa relativno visokom rezolucijom vida. Nisu imali mnogo perifernog viđenja jer nije bilo toliko važno za opstanak. S druge strane, agenti koji su se kretali kroz lavirint razvili su nešto slično složenim očima kakve imaju mnogi insekti, što im je omogućavalo izvrsnu prostornu svesnost, ali ograničenu sposobnost da vide detalje.

U drugoj studiji, istraživači su prilagodili simulaciju tako da su agenti imali potencijal za evoluciju sočiva, koja poboljšavaju vid propuštanjem velike količine svetlosti i savijanjem zraka kako bi se dobila oštra slika. Otkrili su da su ove strukture nastale u roku od 130 generacija, a agenti koji su ih imali su bili uspešniji u pronalaženju „jestivih“ kugli.

U finalnom testu, istraživači su ispitivali da li složenija nervna mreža — zamena za veći mozak — može da nadoknadi slab vid, ili izuzetan vid može da nadomesti slabiji mozak. Otkrili su da i oči i mozak moraju da se poboljšavaju kako bi agenti bolje obavljali zadatak. To odražava ono što se vidi u prirodi: životinje sa vidom veće rezolucije takođe imaju veće mozgove.

Nalazi da je vid specijalizovan za određene zadatke i da veće oči evoluiraju zajedno sa većim mozgovima podržavaju dugotrajne hipoteze u nauci o vidu. Izgradnjom agenata koji mogu da „vide“ u simuliranom svetu i uče iz svog okruženja, model predstavlja „moćno sredstvo“ koji će otključati nove mogućnosti za proučavanje evolucije. Buduće simulacije mogle bi uključiti veću složenost, poput nadmetanja između pojedinačnih agenata ili između „vrsta“ sa različitim tipovima vida, kažu stručnjaci.

Simulaciji, pak, nedostaje detalj koji ima važnu ulogu u stvarnoj evoluciji: veličina i složenost i očiju i mozgova ograničene su količinom energije potrebne telu za njihovo održavanje. Međutim, kažu stručnjaci, ovakva vrsta simulacije bi se mogla koristiti kako bi se bolje razumelo zašto su nastali određeni tipovi očiju i mozgova.

Na primer, četiri para očiju kod pauka su često specijalizovana za podršku funkcijama kao što su navigacija ili praćenje. Simulacije bi mogle pomoći da se objasni kako su različite vrste pauka razvile različite specijalizovane oči.

Ovaj rad predstavlja veliko unapređenje našeg razumevanja evolucije očiju – pokazuje da možete koristiti savremene računarske instrumente da razumete evoluciju na nov način.

(Telegraf Nauka/Science)