ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΝΟΗΜΟΣΥΝΗ ΙΙ

 

5.10    Διπλοειδια

 

Οι περισσότεροι από τους οργανισμούς της φύσης -κυρίως αυτοί που ανήκουν σε ανώτερες μορφές ζωής- φέρουν χρωμοσώματα που έχουν δύο σύνολα γονιδίων. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται διπλοειδία (diploidy) και είναι τόσο διαδεδομένο στους ζωντανούς οργανισμούς, ώστε ίσως να δημιουργείται η απορία γιατί αγνοήθηκε στη μέχρι τώρα μελέτη των Γ.Α. Ως εδώ παρουσιάστηκε ένα μοντέλο Γ.Α. που χρησιμοποιεί πληθυσμούς απλοειδών (haploid) ατόμων, δηλαδή ατόμων που το καθένα έχει ένα απλό σύνολο γονιδίων. Αυτό έγινε για χάρη της απλότητας και της εύκολης εφαρμογής των γενετικών λειτουργιών.

 

Ωστόσο οι Γ.Α., αφού αποτελούν μια προσπάθεια προσομοίωσης ενός επιτυχημένου φυσικού μοντέλου, θα ήταν λογικό να συμπεριλάβουν στην υλοποίησή τους κάθε θετικό και χρήσιμο στοιχείο του μοντέλου-πρότυπου. Η διπλοειδία είναι ένα χαρακτηριστικό που συναντάται σε έμβια όντα ανώτερης και πολυπλοκότερης μορφής που τους χαρίζει πλεονεκτήματα στον αγώνα τους για επιβίωση και διαιώνιση. Στην ουσία, πρόκειται για μια τεχνική που διαμορφώθηκε μέσω της εξέλιξης με σκοπό την πρόοδο των οργανισμών μέσα στο περιβάλλον τους. Κοινή πεποίθηση των βιολόγων είναι ότι η ζωή στην αρχική της μορφή εμφανίστηκε με απλοειδείς οργανισμούς, των οποίων η μετεξέλιξη σε πιο σύνθετες και ανώτερες μορφές θα ήταν αδύνατη από ένα σημείο και πέρα χωρίς το χαρακτηριστικό της διπλοειδίας.

 

Με την διπλοειδία, στην πιο απλή της μορφή, διατηρούνται δύο σύνολα γονιδίων (δηλαδή δύο χρωμοσώματα) για τον κάθε οργανισμό (στην πραγματικότητα, στους ανώτερους οργανισμούς, σε κάθε άτομο αντιστοιχούν περισσότερα από δύο ζευγάρια, π.χ. ο κάθε άνθρωπος έχει 23). Το καθένα από αυτά τα σύνολα περιέχει πληροφορίες που αντιστοιχούν στα ίδια χαρακτηριστικά. Δηλαδή για κάθε χαρακτηριστικό του ατόμου υπάρχουν διαθέσιμες δύο διαφορετικές τιμές (γονίδια), μία από κάθε σύνολο. Όμως από τις δύο τιμές, η μία είναι αυτή που επικρατεί και εκδηλώνεται στο φαινότυπο. Το γονίδιο που αντιστοιχεί στην τιμή που φαίνεται ονομάζεται επικρατές, ενώ το άλλο υπολειπόμενο.

 

Εκ πρώτης όψεως, αυτή η δομή δημιουργεί ερωτήματα. Γιατί διατηρείται διπλός αριθμός γονιδίων από ότι είναι στην ουσία απαραίτητος για την ζωή του ατόμου; Γιατί γίνεται σπατάλη ενέργειας και αύξηση της πολυπλοκότητας για τη διατήρηση γενετικών πληροφοριών που τελικά δε χρησιμοποιούνται;

 

Οι απορίες βρίσκουν απάντηση από την ίδια την λειτουργία της εξέλιξης. Με την πάροδο χιλιάδων ετών, οι αλλαγές που σημειώνονται στο φυσικό περιβάλλον είναι εντυπωσιακές. Οι κλιματολογικές συνθήκες αλλάζουν με τρόπο δραματικό. Το τοπίο αλλάζει συνεχώς μέσα από εναλλαγές περιόδων παγετώνων και καυσώνων και γεωλογικών ανακατατάξεων. Ο αγώνας των ειδών για επιβίωση γίνεται δύσκολος. Οι πιθανότητες για τη διαιώνισή τους εξαρτώνται από την ικανότητά τους να προσαρμόζονται σε νέες συνθήκες. Η διπλοειδία είναι ένα όπλο που έχουν αναπτύξει γι' αυτό το σκοπό. Στην ουσία, με αυτή προσπαθούν να διατηρήσουν σε αναστολή κάποια χαρακτηριστικά (υπολειπόμενα) που δεν τους είναι απολύτως απαραίτητα στην τρέχουσα φάση της ζωής τους, αλλά ενδέχεται στο μέλλον με αλλαγές των συνθηκών να αποκτήσουν αξία και να τα χρησιμοποιήσουν. Αυτός ο τρόπος είναι πιο εύκολος και πιο γρήγορος από το να προσαρμόσουν τα γονίδιά τους στις νέες συνθήκες. Συνεπώς, τα οφέλη είναι προφανή.

 

Οι παραπάνω ιδέες μπορούν να βρουν εφαρμογή και στο τεχνικό σύστημα ενός Γ.Α. Με τη διατήρηση διπλών δομών, αυξάνεται η ποικιλία του πληθυσμού και διατηρούνται γονίδια που σε κάποια τρέχουσα φάση δεν είναι χρήσιμα, αλλά τίποτα δεν αποκλείει την μελλοντική τους χρησιμότητα σε πιθανή αλλαγή των συνθηκών περιβάλλοντος. Συνήθως, η διπλοειδία είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε περιπτώσεις on-line εφαρμογών [9], όπου το σύστημα μεταπίπτει από μια κατάσταση σε άλλη, δηλαδή οι συνθήκες του τεχνητού περιβάλλοντος αλλάζουν. Τότε, τα υπολειπόμενα γονίδια δοκιμάζονται στη νέα κατάσταση και μερικά από αυτά αποδεικνύονται ικανά.

 

Η διπλοειδία έχει χρησιμοποιηθεί σε αρκετές εφαρμογές, ενώ είναι σε εξέλιξη έρευνα για τη βελτίωση των επιδόσεών της και τη διερεύνηση των προϋποθέσεων υπό τις οποίες μπορεί να αυξήσει αξιοσημείωτα την απόδοση ενός Γ.Α.

 

 

ΑΡΧΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟΥ