Evolutions-Simulationen

boxcar2d

Die Simulation boxcar2d.com veranschaulicht das Zusammenspiel von Mutation und Selektion, und erzeugt dabei einige typische Phänomene.

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Die rote Kurve stellt die Rekordweite dar, und die schwarze die durchschnittliche Weite der Population. „Torque“ bedeutet Drehmoment und entspricht ungefähr der Masse und der Kraft.

Das Wichtigste ist natürlich, dass nützliche Mutationen vorgeführt werden. Die Wagen wirken nach hundert Generationen wie designt, obwohl die Form des Vielecks und die Anordnung der Räder nur durch Mutation und Selektion entstanden sind.

Nach einiger Zeit werden die nützlichen Mutationen seltener, weil kaum noch Verbesserungen wahrscheinlich sind. Das kennt man als Punctuated Equilibrium. Wenn man dann die Strecke ändert, etwa von „Default“ nach „Blockhead“, sieht man wieder Änderungen. Jerry Coyne und Brian Charlesworth drückten das so aus:

Stasis can result from stabilizing selection (for example, long periods of environmental stability); rapid evolution can result from selection-driven responses to sudden environmental change or invasion of new habitats

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Diese Abbildung zeigt einen recht ungewöhnlichen Verlauf der Rennstrecke „Speedway“. Die Einräder haben durch ihre Einfachheit einen Startvorteil, weil nicht mehrere Räder an den richtigen Stellen sitzen müssen. Normalerweise entsteht schnell ein Zwei- oder Dreirad mit zufällig sinnvoll angebrachten Rädern, aber hier war ein frühes Einrad schon so gut, dass die Konkurrenz nicht vorbeikam.

Erst über hundert Generationen später bekamen Nachkommen der erfolgreichen Einräder ein weiteres Rad, ohne dadurch an Fitness einzubüßen. Allerdings war nun das Schema so festgefahren, dass diese Räder an zwei Enden einer ungünstigen Kante hängen blieben und die Fahrzeuge keine bessere Zeit als 15:30 mehr erzielten. Gut sind Werte unter 15.

Nur in den ersten Generationen gibt es Vielfalt. Das erinnert an die Kambrische Explosion. Danach kommen nur noch Nachkommen der bislang Erfolgreichen. Dann lassen sich Fehler wie falsch gesetzte Räder kaum noch korrigieren. Das hat in der echten Evolution eine Parallele im „falsch“ verlaufenden Nervus laryngeus recurrens.

Spielkram

Durch die vielen Möglichkeiten, Parameter zu setzen und in den Verlauf einzugreifen, ist boxcar2d ein nettes Spielzeug. Man kann auch einfach zusehen und raten, wie weit das aktuelle Fahrzeug wohl kommt.

Die Einstellungen „Elite Selection“ und „Score Cache“ regeln, ob die beiden Besten einer Generation automatisch an der nächsten teilnehmen, und ob deren Ergebnis gespeichert oder neu ermittelt wird. Letzteres ist zu empfehlen, wenn man die Strecke wechselt.

Das macht man über „Input Seed / Choose Terrain“. Die Strecken stellen ganz unterschiedliche Anforderungen an Kraft, Stabilität, Geschwindigkeit und Rhythmus. Man verlässt den Dialog dann entgegen der Intuition mit „Cancel“.

Mit dem Designer kann man selber Autos basteln. Die eigenen Entwürfe transportiert man über die Zwischenablage in den „Input Seed“-Dialog. Erfahrungsgemäß werden gute Ideen von der Evolution hinterher noch verbessert. Dabei treten sogar „bug exploits“ auf. Evolution is smarter than you are.

Genetische Drift

Ein anderer Bestandteil der Evolution, die Gendrift, wird bei der University of Arizona simuliert. Neutrale Mutationen können in der Population fixiert werden oder verschwinden. Die Wahrscheinlichkeit dafür hängt von ihrer Häufigkeit ab und die Dauer von der Populationsgröße. Bei sehr kleinen Populationen können auch geringfügig schädliche Allele fixiert werden oder nützliche verschwinden.

gendrift

Hier sind in Generation 6 von ursprünglich 10 Farben nur noch zwei übrig.

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Eine Antwort zu Evolutions-Simulationen

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