Математическая биология развития - Аладьев В.З.
Скачать (прямая ссылка):
необходимости в каком-либо ограничении для передачи информации от
автомата к автомату в ОС ввиду сложности межклеточных взаимодействий
(особенно химических) в реальных организмах.
Так как организм вырастает из единственной клетки (зиготы) путем
самовоспроизведения этой клетки, то автомат ОС должен обладать
способностью в нужный момент породить свою копию. Это достигается тем,
что какой-нибудь соседний нефункционирующий автомат ОС переводится в
некоторое ненулевое внутреннее состояние, становясь таким образом
функционирующим и составной частью уже более сложного организма. Более
того, предполагается, что как только нефункционирующий автомат станет
функционирующим, то он автоматически получит весь генотип (программу
работы) исходного автомата, из которого развивается организм в ОС.
200
На этом мы заканчиваем обсуждение свойств ОС с точки зрения упрощенных
биологических предпосылок, лежащих в основе развития, и переходим к
рассмотрению классов задач, относящихся к тому или иному процессу
развития, которые можно моделировать и исследовать в ОС.
Первый класс задач заключает в себе вопрос о том, каким образом
осуществляются регуляция, регенерация и дифференциация в организме.
Построенные для этой цели модели в ОС позволили прояснить ряд вопросов и
сформулировать интересные проблемы для дальнейших исследований. Вопросы,
относящиеся к этому классу задач развития, могут привести к лучшему
пониманию проблемы образования пространственной структуры вообще. С
другой стороны, в процессе решения этих вопросов понятие ОС было
расширено и сделано более приемлемым для биологического моделирования.
Второй класс задач относится к исследованию процесса роста, который сам
по себе не составляет проблемы с абстрактной точки зрения, так как
обеспечивается самовоспроизведением клеток, на котором основано само
развитие. Однако эта проблема включает вопрос, как организм может
ограничивать свои размеры в процессе самовоспроизведения клеток, если это
должно полностью обеспечиваться генотипом самой клетки. Действительно,
интерес представляет такой рост, когда может происходить пространственная
дифференцировка в процессе непрерывного самовоспроизведения исходного
набора инструкций без влияния внешнего воздействия. Существенно также
изучение процессов роста, которые приводят к получению из ограниченного
числа инструкций организмов, состоящих из большого числа клеток. В этом
плане перспективно исследование устойчивости процессов роста и их
контролируемости по отношению к различного рода нарушениям, так как это
может представить определенный интерес и для такой области, как
онкология. Некоторые из перечисленных вопросов исследовались с помощью
моделей роста, обсуждавших:ся нами в предыдущем разделе.
Третий класс задач - это самовоспроизведение организмов. Существующие до
сих пор модели самовоспроизведения характеризуются тем, что один организм
строит свою копию. Однако с точки зрения развития наибольший интерес
представляет именно вопрос: как может один автомат ОС, начав процесс
самовоспроизведения, породить довольно сложный пространственно-
дифференцированный нетривиальный организм, способный к
самовоспроизведению и в определенной мере к регенерации? В связи с этим
возникает вопрос: как процесс образования довольно сложного
пространственного организма оберегает себя от ошибок и каким набором
инструкций (алгоритмом) исходного автомата ОС этого можно добиться? Таким
образом, круг задач третьего класса предполагает подход к
самовоспроизведению на уровне клеток а не организмов.
201
Четвертый класс задач можно охарактеризовать как проблему сложности в
биологии развития. Здесь можно сформулировать ряд весьма интересных
вопросов о сложности автомата (клетки), из которого вырастает сложный
многоклеточный организм, о сложности пространственной дифференцировки, об
изменении сложности в процессе развития организма, да и о самом понятии
сложности. Некоторые из этих вопросов исследовались в рамках моделей
роста, но до полного понимания проблемы еще далеко.
Каждая из перечисленных задач четырех описанных классов является
составной частью единого процесса развития, однако в настоящее время
необходимо думать о том, как разложить развитие на составляющие и
проанализировать их. В то же время мы не должны думать, что какая-то
простая модель раскроет все свойства данного процесса развития. Поэтому
каждый из классов задач предполагает целый ряд других возможных
направлений для моделирования, и сам перечень классов может впоследствии
быть расширен.
На начальном этапе кибернетического моделирования, когда вызывала
сомнение сама принципиальная возможность, подобный подход с
использованием ОС был, пожалуй, единственно возможным как в плане
существования пригодного аппарата, так и в плане готовности самой
биологии. Более того, сами ОС зародились именно как средство такого
моделирования. Однако, моделируя на ОС процессы развития, мы в
