Evolvability and organismal architecture

Zelfs simpele organismen kunnen gemakkelijk hun evolueerbaarheid vergroten

Organismen worden voortdurend geconfronteerd met de uitdaging om zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden. In zijn proefschrift beargumenteert Stefano Tiso dat het vermogen om zich aan te passen aan nieuwe omstandigheden, 'evolueerbaarheid', diep ingebakken zit in de genetische, ontwikkelings-, morfologische en fysiologische architectuur van organismen.

Tiso: 'Met behulp van een mix van conceptueel onderzoek, theoretische modellering en multidisciplinaire studies laat ik zien hoe de architectuur van organismen kan evolueren zodat organismen steeds beter om kunnen gaan met toekomstige uitdagingen in de omgeving. Als eerste stap classificeer ik systematisch de vele factoren die bijdragen aan evolueerbaarheid. Vervolgens gebruik ik een simulatiebenadering om te laten zien hoe structuren die de evolueerbaarheid bevorderen, gemakkelijk kunnen evolueren in genregulatie netwerken. Dit gebeurt via de evolutie van "mutatieomvormers" - structurele elementen die willekeurige mutaties op genetisch niveau omzetten in aanpassingsbevorderende mutaties op fenotypisch niveau.

In een ander hoofdstuk van mijn proefschrift laat ik zien dat zelfs als selectie slechts sporadisch optreedt, complexe aanpassingen kunnen evolueren en over lange perioden blijven bestaan. Met andere woorden, complexe aanpassingen vereisen geen voortdurende selectiedruk.

In een interdisciplinaire bijdrage pas ik biologische inzichten over de eigenschappen van een evolutie-bevorderende mutatiestructuur toe op het ontwerp van algoritmen die gebruikt worden in Kunstmatige Intelligentie. Het resultaat is de methode "Facilitated Mutation" die de prestaties van de algoritmen in verschillende opzichten verbetert, wat het potentieel onderstreept voor het gebruik van biologische principes in de computerwetenschappen.

Tot slot plaats ik mijn onderzoeksbevindingen in een filosofische context. Ik benadruk het belang van de architectuur van organismen bij het bewaren van evolutionaire herinneringen en stel toekomstige onderzoeksrichtingen voor om ons begrip van evolueerbaarheid verder te verbeteren.'

Proefschrift: https://hdl.handle.net/11370/06678ee8-b41f-4909-a829-890718f0c893