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遺傳演算法入門(連載之一)

單個的染色體是由稱作基因(gene)的更小的結構模組組成,而基因則又由稱作核苷酸(nucleotide)的物質組成。核苷酸一共只有四種類型,即:腺嘌呤(thymine)、鳥嘌呤(adenine)、胞嘧啶(cytocine)、胸腺嘧啶(guanine)。它們常簡寫為T、A、C、G(我不知道為什麼?...<一笑>)。這些核苷酸相互連線起來,形成若干很長的基因鏈,而每個基因編碼了生物機體的某種特徵,如頭髮的顏色,耳朵的樣子,等。一個基因可能具有的不同設定(如頭髮的黑色、棕色或金黃色),稱為等位基因(allele),它們沿染色體縱向所處的物理部位稱為基因的座位(locus)。

。。一個細胞中的染色體組(collection
)包含了複製該機體所需的全部資訊。這就是克隆怎樣實行的祕密。你可以從被克隆施主(donor)身上,哪怕是一個血細胞中包含的資訊,複製出整個生物機體,例如一頭羊。新的羊將會在每一個方面和施主羊完全相同。染色體的這一集合就稱為生物機體的基因組(genome)。在一特殊基因組中等位基因的一種狀態稱為該機體的遺傳型別(genotype)。這些就是用來生成實際的生物機體  - 所謂表現型(phenotype) - 本身的硬編碼指令。你和我都是表現型。我們的DNA攜帶了我們的遺傳型別。如將這些術語用到其他領域中,則,設計汽車用的成套藍圖就是一個遺傳型別;在生產線上隆隆作響的成品汽車就是一個表現型;只有設計被定型之前的,那些完全陣舊的設計,才勉強稱得上是一個基因組。

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行了,行話說到此已經足夠了。現在讓我們討論,怎樣把所有這些應用到進化中去。如果你屬於偶爾有機會離開計算機螢幕的那種人(因為我的朋友告訴我,我才知道外邊還有一個世界呢!),你可能已經注意到,對於千千萬萬的動物和植物 - 小到只有在顯微鏡下才能看到的單細胞生物,大到從空間衛星上也能見到的巨大珊瑚礁 - 地球是它們共同的家,不管它們的大小怎樣、形狀或顏色又怎樣。一個生物機體被認為取得了成功,如果它得到了配偶並生下了一個子機體,而後者完全有希望來繼續進一步複製自己。

。。為了做到這一點,生物機體必須善長許多工作。例如,能尋找食物和水、能面對掠食者來保衛自己、能使自己吸引潛在的配偶,等。所有這些特長在某種程度上都和生物機體的遺傳型別 - 生命的藍圖有關。生物機體的某些基因將會產生有助於它走向成功的屬性,而另一些基因則可能要妨礙它取得成功。一個生物的成功的量度就是它的適應性。生物機體愈能適應,它的子孫後代也就愈多。下面轉來討論我們的關鍵部分...

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當兩個生物機體配對和複製時,它們的染色體相互混合,產生一個由雙方基因組成的全新的染色體組。這一過程就叫重組(recombination)或交疊(crossover,又譯雜交,交叉,交換)。這樣就意味,後代繼承的可能大部分是上一代的優良基因,也可能繼承了它們不少的不良基因。如果是前一種情況,後代就可能變得比它的父母更能成功(例如,它對掠食者有更強的自衛機制);如為後一種情況,後代甚至就有可能不能再複製自己。這裡要著重注意的是,愈能適應的子孫後代就愈有可能繼續複製並將其基因傳給下一個子孫後代。由此就會顯示一種趨向,每一代總是比其父母一代生存和匹配得更完美。

。。作為它的一個很方便得到的例子,我們設想,雌性動物僅僅吸引大眼睛的雄性。這樣,在追求雌性配偶的雄性中,眼睛的尺寸愈大,其獲得成功的可能性也愈大。你可以說,動物的適應性正比於它的眼睛的直徑。因此,你就可以看到,從一個具有不同大小眼睛的雄性群體出發,當動物進化時,在同位基因中,能產生大眼睛雄性動物的基因,相對於產生小眼睛雄性動物的基因,就更有可能被複制到下一代。由此可以推出,當進化幾代之後,大眼睛將會在雄性群體佔據統治地位。過些時候,你就可以說,生物正在向一種特殊的遺傳基因收斂。