Моделирование эволюционного механизма самоорганизации информационных систем от простейшего вирусоподобного уровня до уровня многоклеточных организмов со специализацией органов,

 и с нервной системой управления

(Пояснительная записка к ТЗ на проект (грант) - "Новая жизнь")

Представим, что существует среда имеющая набор элементарных компонент (М1, М2, ... , Мн), элементарной энергетической компоненты w, а также простейших информационных систем вирусоподобного уровня, способных при определенных условиях к репликации (делению).

Рассмотрим структуру простейших систем вирусоподобного уровня (ИС). Это структура, имеющая органы идентификации (И1,И2, ..., Ик, Ик+1), которые отождествляют элементарные компоненты среды (М1, М2, ... , Мк) и элементарную энергетическую компоненту w. Естественно, что (М1, М2, ... , Мн) ³ (И1,И2, ..., Ик, Ик+1). Работа каждого органа идентификации требует энергетических затрат w/ИИ. Идентификация осуществляется при встрече элементарных компонент среды с ИС. При определенных условиях органы идентификации ИС могут быть отключены (например, при "сытости" и экстремальных ситуациях), для избежания ненужных энергетических затрат.

В ИС имеется также орган генетического кода (ДНК), в котором записан проект данной ИС. ДНК выполняет функцию сборщика конструктивных компонент для формирования новой, дочерней ИС. Работа сборщика состоит из чередующихся этапов сборки очередного этапа дочерней ИС и этапа переключения сборщика на следующий этап сборки.

В ИС имеется также орган фенотипа (АУРА). АУРА является очень пластичным органом в котором запечатлеваются окружающее состояние ИС (например, ЭМП) на момент деления - формирование дочерней ИС. АУРА изменяет равновероятностную картину возможных мутаций ДНК на тяготеющую к моменту деления.

У ИС имеется движитель (Д), который перемещает ИС в среде. Скорость перемещения ИС пропорциональна энергетически затратам åw и обратно пропорциональна поперечному сечению ИС и поверхности площади С, а также корню из массы и квадрату скорости перемещения. Скорость же перемещения ИС определяет число встреч ИС с компонентами среды: (М1, М2, ... , Мн) и w.

Компоненты среды: (М1, М2, ... , Мн) и w предварительно поступают непосредственно на сборку в ДНК, если они идентифицируются в технологический такт ДНК, или же на склад (У). Склад ИС, своей массой  уменьшает скорость перемещения ИС. Схематично ИС представлена на рис. 1.

Среда элементарных компонент (М1, М2, ... , Мн) и w. Геометрические размеры среды много больше размеров ИС. В среде существует некоторое пропорциональное распределение Р1 элементарных компонент (М1, М2, ... , Мн). В ней также возникают периодическое (с периодом Т) и плотностью Рw пространственное распределение энергетических компонент. Перемещаясь по среде ИС "выедает питательные компоненты" - (М1, М2, ... , Мк) и w, оставляя на своей траектории "мертвую зону" из (М1, М2, ... , Мн) - (М1, М2, ... , Мк) и М0, см. рис. 2

Функционирование ИС. В ДНК ИС записана программа сборки (АА), представленная в виде таблицы.

Соответственно ИС для деления, а это является задачей эволюции, необходимо собрать все необходимые компоненты  (см. столбец 4, таблицы 1).

Многоклеточные коалиции ИС. Сделаем предположение, что стенки ИС становятся полупрозрачны в месте их контакта, и содержимое складов временно объединяется, на время контакта. Вероятность их боковых контактов Рб.

При этом возрастает скорость пары на дВ, т.к. уменьшается поверхностное механическое сопротивление на "одну грань". Все это приводит к тому, что "пара" быстрее чем в два раза формирует дочернюю ИС, чем одиночная ИС.

На момент формирования у "пары" ИС в АУРЕ дочерней ИС отражается "полевая структура" (например, ЭМП), пары ее прародителей. АУРА новообразованной ИС будет влиять на ее ДНК, стремясь повторить историю своего рождения. Поэтому, при встрече с другой ИС, вероятность для нее боковых контактов Рб будет уже несколько больше (ф1), чем у ее "родителей".

Этот механизм АУРЫ приведет к формированию для конкретных вещественно-энергетических распределений в среде оптимальных многоклеточных коалиций из ИС.

При вариативности сборки конструктивных элементов ИС (например, см. 1 строку и столбец 4, таблицы 1), и влиянии АУРЫ на вероятностную направленность мутаций ДНК возможны образования устойчивых структур биоценозов различных ИС.

Дифференциация ИС в коалиции и формирование специализированных органов многоклеточного организма. Понятно, что работа сборщика (ДНК) без перестройки на следующий конструктивный элемент ИС, вдвое эффективнее в коалиции, чем автономная сборка дочерней ИС.

В коалиции ИС формируются транспортные системы (из последовательных групп ИС) по переносу уже не ресурсных (М1, М2, ... , Мк) и энергетических (w) компонент, а по переносу конструктивных элементов ИС. Затраты w на транспортировку пропорциональны длине пути транспортировки. Скорость транспортировки тВ.

АУРА способствует модификации таблицы сборки ДНК уже в многоклеточный организм (МО).

Формирование управляющей системы МО (нервной системы). Если допустить существование в среде "электричества", то транспортные системы первые кандидаты на "провода" формируемой информационной системы МО.

При формировании биоценозов (совокупности различных МО), информационная система МО позволяет ему ощущать себя как целостную систему в уже не индифферентной среде. Ощущение целостности дает существенные эволюционные преимущества МО. МО борется за нее. Для этого необходима быстрая реакция. Еще лучше - "опережающее отражение", соответственно сложные иерархические нейронные структуры, и т.д.

Эволюция. Этап формирования из простейших структур более сложных вполне укладывается в параметры первичного "бульона" на нашей планете. Неоднократно проводился эксперимент по формированию органических молекул из простых химических элементов. Механизм формирования из иерархических нейроподобных структур систем интеллектуальной обработки информации и более сложных систем рассмотрен в [1].

Таким образом "замыкается" концептуальное моделирование эволюционных процессов во Вселенной.

Параметрическая модель. Для настройки описанных выше механизмов необходимо задать известные из областей химии, биологии, электричества, физиологии, механики и пр. естественные функциональные зависимости. Их будет целый спектр. Настройка модели, это сложная и достаточно длительная работа (для 10-20 специалистов в течении 2-3 лет). При настройке, возможно, введение дополнительных механизмов. Но самое существенное, что запустить данную упрощенную модель можно уже сейчас.  

Перспективы. Эта же самоорганизующаяся модель может быть настроена как прототип для любых коалиционно-социальных процессов. Например, на функционирование социально-экономических систем (ИС - субъект, ...), для понимания процессов специализации нейронов мозга, для моделирования биосоциальных организмов (улей, муравейник), а также иерархической организации стад и стай высших животных.

В.И. Бодякин, ИПУ РАН, р.334-92-39

E-mail: body@ipu.rssi.ru