Как сделать популяцию
Это наука о создании новых и улучшении существующих пород животных, сортов растений, штаммов микроорганизмов. В основе селекции лежат такие методы, как гибридизация и отбор. Теоретической основой селекции является генетика.
Для успешного решения задач, стоящих перед селекцией, академик Н.И. Вавилов особо выделял значение изучения сортового, видового и родового разнообразия культур; изучения наследственной изменчивости; влияния среды на развитие интересующих селекционера признаков; знаний закономерностей наследования признаков при гибридизации; особенностей селекционного процесса для само- или перекрестноопылителей; стратегии искусственного отбора.
Породы, сорта, штаммы — искусственно созданные человеком популяции организмов с наследственно закрепленными особенностями: продуктивностью, морфологическими, физиологическими признаками.
Каждая порода животных, сорт растений, штамм микроорганизмов приспособлены к определенным условиям, поэтому в каждой зоне нашей страны имеются специализированные сортоиспытательные станции и племенные хозяйства для сравнения и проверки новых сортов и пород.
Для успешной работы селекционеру необходимо сортовое разнообразие исходного материала. Во Всесоюзном институте растениеводства Н.И. Вавиловым была собрана коллекция сортов культурных растений и их диких предков со всего земного шара, которая в настоящее время пополняется и является основой для работ по селекции любой культуры.
Центры происхождения культурных растений, выявленные Н.И. Вавиловым
| Центры происхождения | Местоположение | Культивируемые растения |
|---|---|---|
| 1. Южноазиатский тропический | Тропическая Индия, Индокитай, о-ва Юго-Восточной Азии | Рис, сахарный тростник, цитрусовые, баклажаны и др. (50% культурных растений) |
| 2. Восточноазиатский | Центральный и Восточный Китай, Япония, Корея, Тайвань | Соя, просо, гречиха, плодовые и овощные культуры — слива, вишня и др. (20% культурных растений) |
| 3. Юго-Западноазиатский | Малая Азия, Средняя Азия, Иран, Афганистан, Юго-Западная Индия | Пшеница, рожь, бобовые культуры, лен, конопля, репа, чеснок, виноград и др. (14% культурных растений) |
| 4. Средиземноморский | Страны по берегам Средиземного моря | Капуста, сахарная свекла, маслины, клевер (11% культурных растений) |
| 5. Абиссинский | Абиссинское нагорье Африки | Твердая пшеница, ячмень, бананы, кофейное дерево, сорго |
| 6. Центральноамериканский | Южная Мексика | Кукуруза, какао, тыква, табак, хлопчатник |
| 7. Южноамериканский | Западное побережье Южной Америки | Картофель, ананас, хинное дерево |
Наиболее богатыми по количеству культур являются древние центры цивилизации. Именно там наиболее ранняя культура земледелия, более длительное время проводятся искусственный отбор и селекция растений.
Классическими методами селекции растений были и остаются гибридизация и отбор. Различают две основные формы искусственного отбора: массовый и индивидуальный.
Массовый отбор
Массовый отбор применяют при селекции перекрестноопыляемых растений (рожь, кукуруза, подсолнечник). В этом случае сорт представляет собой популяцию, состоящую из гетерозиготных особей, и каждое семя обладает уникальным генотипом. С помощью массового отбора сохраняются и улучшаются сортовые качества, но результаты отбора неустойчивы в силу случайного перекрестного опыления.
Индивидуальный отбор
Индивидуальный отбор применяют при селекции самоопыляемых растений (пшеница, ячмень, горох). В этом случае потомство сохраняет признаки родительской формы, является гомозиготным и называется чистой линией. Чистая линия — потомство одной гомозиготной самоопыленной особи. Так как постоянно происходят мутационные процессы, то абсолютно гомозиготных особей в природе практически не бывает. Мутации чаще всего рецессивны. Под контроль естественного и искусственного отбора они попадают только тогда, когда переходят в гомозиготное состояние.
Естественный отбор
Этот вид отбора играет в селекции определяющую роль. На любое растение в течение его жизни действует комплекс факторов окружающей среды, и оно должно быть устойчивым к вредителям и болезням, приспособлено к определенному температурному и водному режиму.
Инбридинг (инцухт)
В центре гетерозисная кукуруза, слева и справа родительские особи.
| Р | ? AAbbCCdd | x | ? aaBBccDD |
| F1 | AaBbCcDd | ||
Гипотеза сверхдоминирования объясняет явление гетерозиса эффектом сверхдоминирования. Сверхдоминирование — вид взаимодействия аллельных генов, при котором гетерозиготы превосходят по своим характеристикам (по массе и продуктивности) соответствующие гомозиготы. Начиная со второго поколения гетерозис затухает, так как часть генов переходит в гомозиготное состояние.
Растения диплоидной (2n = 16) и тетраплоидной (2n = 32) гречихи.
Аа x Аа
АА 2 Аа аа
Перекрестное опыление самоопылителей дает возможность сочетать свойства различных сортов. Например, при селекции пшеницы поступают следующим образом. У цветков растения одного сорта удаляются пыльники, рядом в сосуде с водой ставится растение другого сорта, и растения двух сортов накрываются общим изолятором. В результате получают гибридные семена, сочетающие нужные селекционеру признаки разных сортов.
Метод получения полиплоидов. Полиплоидные растения обладают большей массой вегетативных органов, имеют более крупные плоды и семена. Многие культуры представляют собой естественные полиплоиды: пшеница, картофель, выведены сорта полиплоидной гречихи, сахарной свеклы.
Виды, у которых кратно умножен один и тот же геном, называются автополиплоидами. Классическим способом получения полиплоидов является обработка проростков колхицином. Это вещество блокирует образование микротрубочек веретена деления при митозе, в клетках удваивается набор хромосом, клетки становятся тетраплоидными.
Отдаленная гибридизация
Восстановление плодовитости капустно-редечного гибрида: 1 — капуста; 2 — редька; 3, 4 — капустно-редечный гибрид.
Отдаленная гибридизация — это скрещивание растений, относящихся к разным видам. Отдаленные гибриды обычно стерильны, так как у них нарушается мейоз (два гаплоидных набора хромосом разных видов не могут конъюгировать) и, следовательно не образуются гаметы.
Использование соматических мутаций
Соматические мутации применяются для селекции вегетативно размножающихся растений. Это использовал в своей работе еще И.В. Мичурин. С помощью вегетативного размножения можно сохранить полезную соматическую мутацию. Кроме того, только с помощью вегетативного размножения сохраняются свойства многих сортов плодово-ягодных культур.
Экспериментальный мутагенез
Основан на открытии воздействия различных излучений для получения мутаций и на использовании химических мутагенов. Мутагены позволяют получить большой спектр разнообразных мутаций. Сейчас в мире созданы более тысячи сортов, ведущих родословную от отдельных мутантных растений, полученных после воздействия мутагенами.
Методы селекции растений, предложенные И.В. Мичуриным
С помощью метода ментора И.В. Мичурин добивался изменения свойств гибрида в нужную сторону. Например, если у гибрида нужно было улучшить вкусовые качества, в его крону прививались черенки с родительского организма, имеющего хорошие вкусовые качества, или гибридное растение прививали на подвой, в сторону которого нужно было изменить качества гибрида. И.В. Мичурин указывал на возможность управления доминированием определенных признаков при развитии гибрида. Для этого на ранних стадиях развития необходимо воздействие определенными внешними факторами. Например, если гибриды выращивать в открытом грунте, на бедных почвах повышается их морозостойкость.
В отличие от клопов, эти насекомые не кусаются, но вызывают инстинктивное отвращение и переносят болезни. Всего одна самка таракана может испортить жизнь целому многоквартирному дому. Вместе с экспертом ищем самые эффективные средства для дезинсекции
Причины появления тараканов
Свободный доступ к еде, высокая влажность, тепло и темнота — идеальные условия для обитания тараканов. Они перебираются из квартиры в квартиру через щели в окнах или дверях, ползут по вентиляционным шахтам, трубам, мусоропроводу и фасадам зданий. Кроме того, их можно случайно принести в дом на одежде, вместе со старыми вещами во время переезда, в чемодане из отпуска, с почтовой посылкой или доставкой из мебельного магазина.
Все домашние тараканы — синантропные организмы. Это значит, что они не могут существовать вне человеческого жилища. Чаще всего насекомые обосновываются на кухне, где проще добыть пищу. Особенно если у вас есть открытые мусорные ведра, протекает раковина, а на столах остается немытая посуда, хлебные крошки или следы жира. Причем их интересует не только человеческая пища, но и корм для домашних животных.
Тараканы часто гнездятся в электроприборах: тостере, микроволновке, плите, телевизоре, на задней стенке холодильника — там тепло, темно и безопасно. Также они любят заселять пространство под раковинами, кухонные шкафчики, вентиляционные отверстия, полости под плинтусами и отслоившимися обоями.
Как избавиться от тараканов: народные средства
Если тараканы все же обосновались у вас, ни в коем случае не стоит пускать ситуацию на самотек. Эти насекомые быстро распространятся не только по квартире, но и по всему дому. Между тем на их лапках скапливаются плесень, болезнетворные бактерии и вирусы. Они могут вызвать аллергию и привести к астме. Кроме того, известно немало случаев, когда тараканы забирались в уши.
Поскольку эти насекомые достаточно быстро адаптируются к отравляющим веществам, специалисты вынуждены постоянно разрабатывать новые способы борьбы с ними. Для начала стоит попробовать народные средства — они более щадящие по сравнению с химическими препаратами и могут использоваться в квартирах с домашними животными. Многие из них не менее эффективны, чем современные инсектициды. Минус один — результатов придется ждать дольше.
Борная кислота
Одно из самых действенных и доступных средств. Несмотря на то что борную кислоту используют уже несколько десятилетий, она работает даже против резистентных популяций, выработавших иммунитет к популярным химикатам. В отличие от большинства ядов это вещество не влияет на нервную систему таракана: оно разъедает стенки его пищеварительного тракта.
Борную кислоту можно купить в аптеке по цене около 30 руб. за 10-граммовый пакетик. Для борьбы с тараканами лучше взять именно порошок, а не раствор. Можно просто обработать им плинтусы и другие поверхности, где бегают тараканы. Но эффект будет лучше, если сделать приманку. Смешайте пару ложек порошка с сырым яичным желтком и скатайте из полученной массы небольшие шарики. Остается только положить их в местах обитания тараканов.
В состав шариков можно добавлять ванилин, сахарную пудру, крахмал, муку. У тараканов хорошо развито обоняние. Поэтому чем ароматнее будет приманка — тем больше шансов, что насекомые захотят ее попробовать.
В небольших количествах борная кислота безвредна для людей и домашних животных. И все же готовить отраву рекомендуется в защитных перчатках.
Нашатырный спирт
Принцип действия прост: у тараканов очень чувствительное обоняние, поэтому они не переносят резкого запаха. Нашатырный спирт используют в основном в качестве барьерной защиты — чтобы отпугнуть насекомых, которые мигрируют от нечистоплотных соседей.
Смешайте чайную ложку нашатыря с литром воды и протрите раствором плинтусы, подоконники, мебель, вентиляционные решетки, трубы и дверные проемы. А еще лучше — помойте им пол. Процедуру следует повторять каждые два-три дня до тех пор, пока тараканы полностью не исчезнут.
Не забывайте о том, что любые манипуляции с использованием нашатырного спирта нужно проводить в плотной медицинской маске и резиновых перчатках. Если квартира пустует — раствор можно сделать более концентрированным. Или разлейте нашатырь по маленьким баночкам и расставьте их в тех местах, где видели насекомых.
Кроме аммиака, тараканов хорошо отпугивает уксусная кислота, хлорка, растворители, лаки, краски, бензин и керосин. Может помочь и запах некоторых растений — чеснока, герани, мелиссы, пижмы, полыни, эвкалипта.
Вымораживание
К методу вымораживания обычно прибегают, когда другие средства уже не действуют. Для этого следует распахнуть окна, открыть дверцы шкафов и перекрыть центральное отопление, чтобы не лопнули трубы. Минимальное время проветривания составляет четыре часа.
Такой способ можно использовать только зимой. Лучше всего — в сильный мороз. При этом есть риск повредить водопровод и бытовую технику. А если не перекрыть батарею — и отопительную систему.
Простейшая ловушка
Это хороший вариант в том случае, если колония насекомых еще не успела разрастись. Можно купить в магазине уже готовую клеевую ловушку или сделать ее своими руками.
Для этого подойдет любая глубокая банка или миска. Смажьте ее внутреннюю поверхность растительным маслом и положите на дно немного сахара, меда, печенья, хлеба или фруктов. Почуяв запах приманки, таракан попадет внутрь, но из-за жира не сможет выбраться обратно.
Вместо банки можно взять любую картонку. Обклейте ее двусторонним скотчем и поместите в центр что-нибудь вкусное. Менять приманку необходимо каждые три-четыре дня, иначе она потеряет аромат и перестанет привлекать тараканов.
Как избавиться от тараканов: профессиональные средства
Сегодня в магазинах представлен огромный выбор инсектицидов — разных брендов, видов и ценовых категорий. Несмотря на это, за последние годы сформировались целые популяции тараканов, устойчивых к основным ядам. По словам специалистов, для борьбы с ними требуется комплексный подход — нужно сочетать разные средства. При этом лучше отдавать предпочтение препаратам, в составе которых есть несколько действующих веществ.
Важно помнить, что все инсектициды требуют строгого соблюдения правил безопасности. Они токсичны и могут нанести вред здоровью человека и домашним животным. При работе с любыми профессиональными средствами обязательно следуйте инструкции на упаковке.
Основное преимущество гелей — их можно использовать в доме с маленькими детьми и домашними животными. Главное — наносить средство точечно в места, куда никто из них не доберется. Например, за посудомоечной машиной, по верху кухонного гарнитура или в шкафу под раковиной.
Гели не имеют неприятного запаха и не выделяют вредных веществ, но при этом очень привлекательны для насекомых. Липкое вещество остается на их лапках и передается сородичам. Активные вещества блокируют нервные импульсы таракана, в результате чего он перестает дышать.
Действие такого геля сохраняется до 30 дней. Затем его необходимо обновить. Количество наносимого вещества зависит от степени заражения квартиры. Но если насекомых много, избавиться от них только с помощью геля будет сложно.
Ловушки
Ловушки бывают разные: клеевые, электрические, ядовитые. Первые работают по тому же принципу, что и самодельные. Вторые привлекают насекомых и уничтожают их слабым разрядом тока. Третьи представляют собой небольшие пластиковые шайбы, внутри которых спрятана отрава. Таракан забегает в них, становится носителем яда, а затем заражает свою колонию.
Выбирайте ловушки, которые больше нравятся. Основную их часть следует разместить на кухне — за холодильником, под гарнитуром, рядом с плитой и мусорным ведром.
Срок действия клеевых и ядовитых ловушек указан на упаковке — по его истечении их заменяют на новые. Электрические ловушки более долговечные и эффективные, но стоят дороже и требуют очень осторожного обращения. На небольшую квартиру достаточно одного устройства.
Мелки
Популярное и дешевое средство, которое внешне напоминает обычный белый мел. Необходимо начертить толстые прямые линии на плинтусах, вокруг вентиляционных отверстий, за кухонной мебелью и трубами. Если таракан пересечет одну из таких линий — инсектицид окажется на его теле, проникнет в организм и в течение нескольких часов вызовет паралич.
Делать обработку рекомендуется дважды в месяц, предварительно тщательно смыв старые полосы. Обязательно используйте защитную маску и резиновые перчатки — мелки токсичны. По той же причине их нельзя наносить на шкафы с посудой и обеденные столы. Несмотря на кажущуюся безобидность, это средство не подходит, если в квартире живут животные или маленькие дети.
Аэрозоли
Спреи и аэрозоли просты в использовании и оказывают мгновенный эффект. Достаточно распылить баллончик в местах скопления тараканов. Для лучшего результата рекомендуется временно закрыть окна и двери.
Минус таких средств: они намного более токсичные, чем мелки, ловушки и гели. Даже если аэрозоль без запаха, распылять его можно только в респираторе. В момент обработки в квартире не должно быть детей и животных. Если у вас есть аквариум или террариум, его следует временно переместить в другое место или плотно закрыть крышкой и отключить аэрацию. После использования аэрозоля проветрите квартиру и проведите генеральную уборку.
Старайтесь не покупать один и тот же аэрозоль несколько раз подряд — тараканы быстро к нему привыкают.
Ультразвуковые отпугиватели
Это компактные устройства, которые не уничтожают насекомых, а вынуждают их покидать свои гнезда при помощи ультразвуковых волн. Частоты подобраны так, чтобы доставить им максимальный дискомфорт. Гаджеты могут работать на батарейках или от сети. Они бесшумны и безопасны для людей и крупных домашних животных.
Приятный бонус: такие приборы отпугивают не только тараканов, но и других вредителей — клопов, блох, комаров. Их стоимость стартует от 400 руб. Она зависит от радиуса действия модели и наличия дополнительных функций.
В магазинах также можно найти электрофумигаторы и магнитно-резонансные отпугиватели тараканов. Но те и другие опасны для здоровья людей. Первые — из-за вредных испарений, которые попадают в воздух в процессе работы. Вторые — из-за вредного излучения. Такие устройства не подходят для постоянного использования.
Профессиональная помощь
Если попытки избавиться от тараканов самостоятельно не дали результатов, лучше доверить это профессионалам. Они быстро и качественно проведут все необходимые работы, а главное — посоветуют профилактические меры.
Стоимость их услуг обычно рассчитывается с учетом выбранного способа уничтожения насекомых и площади квартиры. В среднем выезд бригады дезинсекторов обходится в 1,5–2 тыс. руб. Некоторые фирмы дают гарантию от повторного появления тараканов. Она действует в течение нескольких месяцев.
Будьте готовы: вам придется временно покинуть жилье, а по возвращении — провести генеральную уборку и перестирать весь текстиль.
Пошаговая инструкция
Чтобы вывести тараканов, недостаточно просто распылить инсектицид или поставить ловушку. Дезинсекция пройдет успешно, если к ней как следует подготовиться. Для этого рекомендуем выполнить несколько простых действий.
Шаг 1. Спрячьте еду
Первоочередная задача — лишить тараканов еды. Пересыпьте крупы, муку и сахар из пакетов и картонных коробок в плотно закрывающиеся контейнеры. Замените обычное мусорное ведро на герметичное с крышкой. И не забывайте прятать на ночь миски с кормом для животных.
Шаг 2. Уберите источники воды
Вода тараканам нужна не меньше, чем еда. Если без пищи они могут выживать в течение месяца, то без влаги — не дольше двух недель. Поэтому прежде чем проводить дезинсекцию, необходимо починить сантехнику. В доме не должно быть капающих кранов и протекающих труб.
Кроме того, перед сном рекомендуется насухо вытирать раковины, плитку и ванну, а также закрывать слив. Влажные губки, тряпки и зубные щетки на ночь можно убирать в полиэтиленовый пакет с застежкой-молнией.
Шаг 3. Проведите уборку
Даже если вы надежно спрятали всю еду и воду, тараканы могут существовать за счет случайно пролитых капель масла или соевого соуса. Проведите генеральную уборку — почистите плиту и микроволновку, вытрите кухонные шкафы, выметите из-под холодильника засохшие хлебные крошки. Заведите новые правила: мыть столешницу сразу после ее использования и никогда не оставлять в раковине грязную посуду.
Шаг 4. Заделайте щели
Поработайте над защитой квартиры: устраните все щели, малейшие трещины, отверстия вокруг труб. Это можно сделать при помощи шпаклевки, клеевого пистолета, монтажной пены, обычного капрона или армированного скотча. Кроме того, тараканы любят прятаться в бытовой технике — заклейте лазейки скотчем. У них не должно оставаться укрытий и путей бегства.
Шаг 5. Предупредите соседей
Обязательно предупредите соседей о своих планах. Во-первых, чтобы они тоже соблюдали меры безопасности. Во-вторых, будет намного лучше, если жители смежных квартир проведут дезинсекцию параллельно с вами. Иначе тараканы могут временно перебраться за стену и переждать бурю в более безопасном месте, а когда яд перестанет действовать — вернутся в родное гнездо.
Шаг 6. Подготовьте отраву
Как заставить соседей вывести тараканов
Даже если поддерживать идеальный порядок — в квартире все равно могут поселиться тараканы. Например, они часто мигрируют от нечистоплотных соседей. Причем не только из смежных квартир, но и из других подъездов. Поэтому если обработать только свою жилплощадь — насекомые очень скоро вернутся обратно. Это общая проблема, которая требует совместных действий.
К сожалению, хозяева зараженных квартир не всегда соглашаются принимать соответствующие меры. В этом случае рекомендуется обратиться за помощью в санитарную службу, жилищную инспекцию или управляющую компанию, которая занимается домом. Обязательно получите экспертное заключение о проведенной диагностике и наличии тараканов. С ним можно обращаться в суд.
Комментарии экспертов
— Со временем средства от тараканов становятся привычными не только для людей, но и для самих насекомых. У них вырабатывается иммунитет к инсектицидам, которые применяются в разного рода мелках, гелях, ловушках. Выход из ситуации максимально прост и надежен — постоянная смена ротации действующих веществ. Например, у нас это осуществляется раз в пять-шесть месяцев.
Другая проблема — неполноценность препаратов и средств, представленных в масс-маркете. Содержание действующего вещества в магазинных мелках и гелях значительно ниже показателей, которые необходимы для умерщвления вредителей. Эффективнее использовать профессиональные препараты и оборудование, которое есть у специализированных организаций.
Как правило, обработка производится методом распыления специального химического раствора. В это время в квартире не должно быть людей и животных. Но если возможности покинуть помещение нет, вместо этого можно расставить профессиональные приманочные станции и инсектогели. Они снизят популяцию насекомых, но не уничтожат их полностью, поскольку под действие инсектицидов попадут далеко не все особи.
Выбирая специалистов, обращайте внимание на фиксированность цен. Примерно 90% рынка состоит из компаний и частных дезинфекторов, которые сначала называют какую-то минимальную цену для привлечения клиентов, а на месте начинают накручивать объемы работ или их стоимость. Итоговая сумма может доходить до 10–15 тыс. руб., а иногда — до 50 тыс. руб. Страдают в основном люди пенсионного возраста. Увы, далеко не каждый такой специалист имеет соответствующую квалификацию и образование.
Мошенники часто используют несертифицированные или даже запрещенные препараты. Они не только неэффективны, но и опасны для здоровья. Поэтому всегда заранее проверяйте наличие сертификатов на инсектициды, которыми планируют обрабатывать ваше жилище.
— Любой организм привыкает к веществам, которые оказывают на него токсическое действие. Простой пример: вчера одни антибиотики помогали, а сегодня они уже не действуют на микробов. Ведущие мировые химические корпорации занимаются решением этой проблемы. Ведется непрерывная разработка и производство новых препаратов против насекомых. Для этого используются инсектициды из химических групп, не применявшихся ранее.
И все же стопроцентной эффективностью на сегодняшний день не обладает ни один препарат от тараканов. Для преодоления устойчивости насекомых к инсектицидам требуется научный подход, вдумчивый выбор средств и методов дезинсекции. Результат может быть достигнут не с первого раза.
Если говорить о мошенниках, они всегда называют низкую цену. Обычно в пределах тысячи рублей. Но давайте посчитаем минимальную стоимость одной обработки стандартной трехкомнатной квартиры: транспортные расходы — 200 руб., инсектициды — 800–1000 руб., износ оборудования и средств индивидуальной защиты дезинфектора — 400 руб., его зарплата — 500 руб. Плюс налоги, прибыль и гарантийные обязательства. Если все это сложить, стоимость обработки получится не меньше 3 тыс. руб. Соглашаясь на низкие расценки, будьте готовы к отсутствию результата и необходимости внести дополнительную плату за повторный выезд бригады и за препарат без запаха. Такие специалисты обвинят вас в том, что вы плохо подготовились к обработке.
Кроме того, нелегально работающие дезинфекторы, как правило, приезжают не в спецодежде. Они ничего не объясняют и не могут предоставить документы на препарат. Не показывают заводскую тару с этикеткой и названием инсектицида, не дают бесплатную гарантию, не оформляют работы документально и не отвечают на повторные звонки. Вопрос о том, работает ли в их организации врач-дезинфектолог, вызывает недоумение. Конечно, на следующий день такие специалисты не поинтересуются результатами обработки.
Генетический алгоритм — это один из методов решения задач, который разработан на основе эволюции. Такой алгоритм используют тогда, когда количество решений настолько большое, что протестировать их все нереально. Расскажем, как устроены эти алгоритмы, и почему с ними нейросети работают на порядок лучше.
Эволюция в математике
Составление алгоритма начинается с создания реестра моделей — популяции . Причем каждая модель должна быть представлена набором чисел — генов. Этот набор генерируют случайным образом.
Список решений — это и есть популяция. Из нее выбираются самые жизнеспособные модели для следующей популяции. Этот процесс многократно запускается до тех пор, пока не будет найдено оптимальное решение.
Чтобы понять, насколько качественным вышло решение, применяют функцию приспособленности. Например: F-score и точность предсказания. Чем качественнее решение, тем больше шансов, что особь будет отобрана для следующей популяции.
Основные стадии
После того, как будет создана первая популяция, алгоритм проходит четыре стадии:
1. Отбор.
Смысл отбора в том, чтобы найти самые жизнеспособные модели и передать их гены следующему поколению. Приспособленность — главное качество, по которому отбирают родителей. Причем количество родителей (пар особей) может быть любым, но всегда одинаковым для каждого последующего цикла.
Есть два основных метода отбора::
- Ранговый. Популяцию делят на несколько рангов (групп). Ранги назначают на базе функции приспособленности. А затем пропорционально отбирают по несколько особей из каждого ранга.
- Турнирный. Несколько особей выбирают случайным образом. Из отобранной группы выделяют лучших. Процесс повторяют до тех пор, пока не наберут нужное число особей из этой популяции.
У каждого метода свои плюсы. Ранговый помогает сохранить разнообразие особей. Турнирный подходит тогда, когда модели можно сравнивать только попарно, а выражение функции приспособленности числом недоступно. Например, его используют для игровых стратегий.
2. Скрещивание.
На этой стадии происходит обмен информацией между родителями. Из популяции отбирают пары особей и смешивают отдельные фрагменты их хромосом. В результате получается новый набор генов.
Часто применяют метод одноточечного скрещивания — внутри хромосом родителей выбирают случайное место и разделяют каждую из них на две части. Далее эти части меняют местами, а затем новые данные загружают в популяцию.
3. Мутация.
Запускается редко и в случайном порядке переставляет местами числа отдельных генов (например: меняет 1 на 0).
Мутация способствует сохранению разнообразия внутри популяции. При этом степень приспособленности мутировавшей особи может повыситься, а может понизиться.
4. Завершение алгоритма.
Процесс заканчивается тогда, когда новая созданная популяция почти не отличается от предыдущей. Это означает, что полученное решение оптимально.
Генетические алгоритмы или нейросети: что лучше
Алгоритм идеально работает с большим объемом дискретных данных, так как простой перебор занимает на порядок больше времени.
Data scientist Мишель Берк запрограммировал алгоритм расставить в верном порядке буквы зашифрованного предложения: Genetic Algorithms are wild. Алгоритму потребовалось сделать выбор из всех вероятных комбинаций — 2753. У него было 30 особей в популяции, а решил задачу он на 51-м поколении. Для этого ему пришлось проверить 1 530 комбинаций.
Алгоритм может быстро найти кратчайший путь между двумя точками. Поэтому его применяют для построения маршрутов GPS-систем и расчета траектории движения.
Для расчета распространения коронавируса ученые также воспользовались генетическим алгоритмом. На его базе был проведен анализ распространения инфекции в 40 странах мира.
Нейросети лучше работают с непрерывными данными. Так они лучше понимают языки или распознают изображения. А еще нейросети используют для задач линейной регрессии, когда нужно найти зависимость между переменными.
Алгоритмы и нейросети в симбиозе
Существуют примеры удачного объединения нейросетей и алгоритмов в одной системе.
Так алгоритмы могут оптимизировать функциональность модели. Например: подобрать вес, функцию активации. Но их использование для подбора требует больших затрат времени и вычислительных мощностей. Например: чтобы научить нейросети обыгрывать реальных людей в видеоиграх.
Так в 2017 году OpenAI применила алгоритм, для отбора тех ботов в игру Dota 2, которые выигрывали матчи. А затем они провели обучение нейросетей на основе этих данных.
Узнать подробнее об обучении в геймдеве можно тут.
Хотите узнать больше? Подписывайтесь на каналы и соцсети онлайн-школы robot_dreams:
Из видеоурока вы узнаете о том, что такое популяция. О том, что популяциям свойственна изменчивость, которая приводит не только к разнообразию в популяции, но и к образованию новых подвидов и видов. Также вы узнаете о том, что в популяциях имеются большие запасы аллелей, которые не приносят им какой-либо пользы в данном месте или в данное время. Они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными. В данном уроке приводятся следующие понятия: популяция, естественный отбор, популяционная генетика, генофонд, мутационный процесс, гетерозиготность, изменчивость популяции.
В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам
Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.
Получите невероятные возможности
Конспект урока "Популяция. Генетический состав популяций"
Вид — это исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определённым условиям жизни и занимают определённую область — ареал.
В природе совокупность особей вида, группируются в популяции. Популяции населяют какие-то отдельные небольшие участки ареала.
Популяция — это группа одновидовых организмов, занимающих определённый участок территории внутри ареала вида, свободно скрещивающихся между собой и частично или полностью изолированных от других популяций.
Вильгельм Людвиг Иогансен
Численность популяций, да и количество особей в популяциях из-за изменения каких-либо факторов, например климатических, может меняться. Но сами популяции как таковые все равно сохраняются.
Конечно, природа не стабильна и внутри популяций могут возникать мелкие группировки, в которые объединяются особи со сходным поведением или на основе родственных связей. Такие группировки известны нам как стайки рыб или воробьёв прайды львов. Напомним, что прайды - это семейные группы львов. В которые входят один или нескольких взрослых самцов (обычно не более 3-х), нескольких половозрелых самок и их детёнышей (львят обоих полов). Численность прайда может достигать до 30-40 животных. В прайдах всегда доминируют львы — альфа-самцы.
Но, как ни странно, охотой занимаются только самки. Молодые самцы по достижении половой зрелости изгоняются из прайда. Живя отдельно, они крепнут, взрослеют, а затем создают свои прайды.
В отличие от популяции, группы не способны устойчиво поддерживать сами себя. Они могут смешиваться с другими или распадаться под влиянием каких-либо факторов.
Популяция же занимает ту часть ареала, в которой отсутствуют изоляционные барьеры.
Каждая популяция приспосабливалась (адаптировалась) к среде своего обитания. Характерные черты этого приспособления передаются из поколения в поколение.
Взаимоотношения организмов в популяциях
Составляющие популяцию организмы связаны друг с другом различными взаимоотношениями.
Часто особи одной популяции конкурируют друг с другом за те или иные виды ресурсов. Например, самка гиены рожает от 1 до 3 детенышей. Если оба детеныша самки, то они начинают сражение за доминирование, используя зубы. Эта конкуренция ведет к гибели почти 25% всех гиен на их первом месяце жизни. В результате оставшийся в живых детёныш получает больше различных ресурсов и созревает быстрее.
Особи одной популяции могут поедать друг друга. Например, речной окунь в отсутствии корма питается собственной молодью.
Также особи одного вида могут группироваться и вместе обороняться от хищника.
Таким образом, можно сказать что внутренние взаимоотношения в популяциях парой очень сложны и противоречивы.
В природе действует естественный отбор. Ослабленные организмы погибают. Это улучшает качественный состав популяции (в том числе качество наследственного материала, которым располагает популяция). Естественный отбор повышает способность популяции к выживанию в меняющихся условиях среды.
Сильные организмы занимают место погибших, размножаются и дают начало новому поколению.
В пределах каждой популяции организмов, размножающихся половым путём, идёт постоянный обмен генетическим материалом. А вот скрещивание особей из разных популяций происходит гораздо реже, поэтому генетический обмен между разными популяциями ограничен.
Существование в форме популяции повышает внутреннее разнообразие вида, его устойчивость к местным изменениям условий жизни, позволяет ему закрепляться в новых для себя условиях.
Генетический состав популяции
Научные генетические открытия и теории Дарвина привели к рождению особого направления исследований — популяционной генетики.
Популяционная генетика позволяет объяснить процессы изменения генетического состава популяций, возникновения новых свойств организмов и их закрепление под воздействием естественного отбора.
Каждая популяция характеризуется своим специфическим набором генов (генофондом) с присущим только данной популяции соотношением частот встречаемости разных аллелей.
Генофонд — это совокупное количество генетического материала, который слагается из генотипов отдельных особей.
Как уже отмечалось, природные популяции в разных частях ареала вида обычно более или менее различны.
Почему популяции одного вида могут отличаться? Дело в том, что чаще всего скрещивание между особями одного вида происходит в пределах одной популяции, которая находится на определённой территории.
В каждой достаточно долго существующей совокупности особей могут спонтанно возникать различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются (перемешиваются) с разными, уже имеющимися наследственными свойствами.
Под действием мутаций, которые закрепляются в генофондах популяций, изменяются виды, что ведёт к эволюции организмов.
Поэтому можно сказать, что мутационный процесс — это постоянный источник наследственной изменчивости.
В популяции, состоящей из нескольких миллионов особей, в каждом поколении может возникать по несколько мутаций практически каждого гена, который имеется в этой популяции.
Наследственная изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций, которые передаются по наследству и впоследствии проявляются у потомства.
Природные популяции насыщены самыми разнообразными мутациями. На это обратил внимание ещё русский учёный Сергей Сергеевич Четвериков, который установил, что значительная часть изменчивости генофонда скрыта от глаз, так как подавляющее большинство возникающих мутаций рецессивны и не проявляются внешне.
Вспомним, что гетерозиготность - это присущее всякому гибридному организму состояние, при котором его гомологичные хромосомы несут разные формы (аллели) того или иного гена или различаются по взаиморасположению генов.
Ген, который способен подавлять действие другого гена в онтогенезе, называется доминантным.
Ген, который оказывается подавленным и не может проявить себя в фенотипе, называется рецессивным.
Обычно доминантный ген обозначается прописной буквой - А-большое, рецессивный ген (а-малое). Рецессивный ген проявляется в фенотипе только в тех случаях, когда он находится в паре с аналогичным геном (а-малое, а-малое), т.е. когда оба аллельных гена являются рецессивными.
Если один аллельный ген является доминантным, а второй рецессивным (А-большое, а-малое, то в фенотипе проявляются только признаки, свойственные доминантному гену (А-большое).
Рецессивные мутации можно выявить в экспериментах со скрещиванием близкородственных особей.
При таком скрещивании некоторые рецессивные аллели, находившиеся в гетерозиготном и потому скрытом состоянии, перейдут в гомозиготное состояние и смогут проявиться.
Таким образом, благодаря мутациям популяции могут изменяться.
Изменчивость популяции — это важный фактор эволюции. Она повышает внутреннее разнообразие вида. Позволяет закрепиться виду в новых местах обитания.
Генетическую изменчивость можно увидеть в ходе искусственного отбора. Когда из популяции выбирают тех особей, у которых какие-либо ценные в хозяйственном отношении признаки выражены наиболее сильно, и скрещивают этих особей между собой.
В фенотипе первого поколения в результате такого скрещивания проявляются необходимые наилучшие выбранные признаки.
Например, у моркови и свёклы ценятся только сладкие корнеплоды, у картофеля — крупные клубни, у мака - нераскрывающиеся коробочки.
Следовательно, в популяциях возможна генетическая изменчивость буквально по каждому признаку данного организма.
Ещё Сергей Сергеевич Четвериков показал, что большинство вновь возникших мутаций оказываются вредными и, как правило, снижают жизнеспособность особей.
Они сохраняются в популяциях лишь благодаря отбору в пользу гетерозигот.
Однако мутации, вредные в одних условиях, могут повысить жизнеспособность в других условиях.
Так, мутация, вызывающая недоразвитие или полное отсутствие крыльев у насекомых, безусловно, вредна в обычных условиях, и бескрылые особи быстро вытесняются нормальными. Но на островах, где дуют сильные ветры, такие насекомые имеют преимущества перед особями с нормально развитыми крыльями.
Поскольку всякая популяция обычно хорошо приспособлена к своей среде обитания, крупные изменения обычно снижают эту приспособленность.
В популяциях имеются большие запасы таких аллелей, которые не приносят ей какой-либо пользы в данном месте или в данное время; они сохраняются в популяции в гетерозиготном состоянии, пока в результате изменения условий среды вдруг не окажутся полезными.
Как только условия среды изменяются, частота новых аллелей под действием отбора начинает возрастать, и в конечном счёте они становятся основным генетическим материалом.
Таким образом, благодаря приспособлениям к новым условиям среды, популяции адаптируются.
Например, к изменению климата, появлению нового хищника или конкурента и даже к загрязнению среды человеком.
Примером подобной адаптации служит эволюция видов насекомых, устойчивых к инсектицидам. При введении в практику нового инсектицида (яда, действующего на насекомых) для успешной борьбы с насекомым-вредителем бывает достаточно небольшого его количества.
С течением времени концентрацию инсектицида приходится повышать, пока, наконец, он не оказывается недейственным.
Гены, способные обеспечить устойчивость к инсектицидам, очевидно, имелись в каждой из популяций этих видов; их действие и обеспечило в конечном итоге снижение эффективности ядов, использованных для борьбы с вредителями.
Таким образом, мутационный процесс создаёт материал для эволюционных преобразований, формируя резерв наследственной изменчивости в генофонде каждой популяции и виде в целом. Поддерживая высокую степень генетического разнообразия популяций, он создаёт основу для действия естественного отбора и микроэволюции.
Читайте также: