| ← |
«Секс на R» |
→ |
| Анотація міжфакультетського курсу «Еволюція сексу і статевих стратегій: імітаційне моделювання на R» | Секс на R–01: Ключові поняття курсу: пояснення та посилання Вступ |
Секс на R–02: R, RStudio, RMarkdown — перші кроки (R-довідник I) |
| Відеоанотація міжфакультетського курсу «Еволюція сексу і статевих стратегій: імітаційне моделювання на R» |
Ключові поняття курсу
Ми починаємо курс «Еволюція сексу і статевих стратегій: імітаційне моделювання на R». Тут, у конспекті, ми будемо використовувати коротку назву цього курсу, «Секс на R». Оскільки я, Дмитро Андрійович Шабанов, викладач цього курсу, є автором цього сайту, Батрахосу, я буду викладати тут розроблені для курсу матеріали я викладатиму саме тут.
Нам слід встановити, про що мова:
— секс;
— стать;
— еволюція (і добір);
— стратегії;
— моделювання (пов'язане з поняттям системи);
— імітаційне моделювання;
— R.
Надамо визначення.
Секс (у тому сенсі, яке це поняття використовується у курсі) — це утворення нових генотипів (спадкових програм розвитку організмів), що у нових випадкових комбінаціях поєднують генетичну інформацію батьківських особин. Як не дивно, секс можливий навіть за відсутності статей.
Стать — та чи інша стратегія відтворення роздільностатевих організмів, наслідок поділу організмів на самиць (що спеціалізовані на продукуванні відносно великих та нечисленних статевих клітин, яйцеклітин) та самців (що спеціалізовані на продукуванні відносно дрібних та численних статевих клітин, сперматозоїдів).
Еволюція — процес історичних змін видів та усієї біосфери. Головною причиною еволюції є природний добір — переважне (більш ймовірне) збереження та відтворення організмів, що більшою мірою відповідають своєму способу життя у характерних для них умовах.
Стратегія — ієрархія пріоритетів. Стратегія в біології — ієрархія (порядок) пріоритетів (задач, що розв'язує організм), яка проявляється в комплексі адаптацій (пристосувань; відповідностей ознак організму його способу життя у характерних для нього умовах). Прикладом біологічної стратегії є стать!
Моделювання — процес вивчення (прогнозування тощо) системи-оригіналу, в ході якого відбувається її заміна більш зручною (доступною, простою, зрозумілою, безпечною, зі швидшою реакцією тощо) системою-моделлю. Результатом моделювання тією чи іншою мірою є поширення на систему-оригінал висновків, отриманих при вивченні моделі. Крім іншого, моделювання є однією з найважливіших функцій нервової системи високорозвинених тварин включно з людиною. Модель — уявлення про систему; система, істотні (з точки зору досліджуваної проблеми) властивості якої відповідають системі-оригіналу.
Система — організоване (впорядковане) ціле; сукупність взаємопов'язаних підсистем з характерною структурою зв'язків і спільною метою (цільовою функцією, функцією оптимізації). У типовому випадку причиною впорядкованості системи є саме її цільова функція. Для багатьох біологічних систем цільовою функцією є підтримання стійкості — здатності зберігати та відтворювати суттєві ознаки у часі попри зовнішні впливи.
Імітаційне моделювання — вид математичного моделювання, головною формою якого є покрокове відбиття змін, які характерні для системи-оригіналу. Імітаційна модель — модель, яка переходить з одного стану в інший відповідно до певного набору правил, що відповідають послідовності перетворень системи-оригіналу.
R — вільна мова (і середовище) програмування, що створюється з 1992 року, коли роботу над нею почали співробітники статистичного факультету Оклендського університету (в Новій Зеландії) Росс Іхака (Ross Ihaka) і Роберт Джентлмен (Robert Gentleman). З того часу R перетворилася на потужний інструмент для розв'язання академічних та інших задач, що підтримується величезною кількістю фахівців, які працюють по усьому світу.
Для чого ми будемо використовувати імітаційне моделювання у нашому курсі? Насправді за допомогою моделювання можна розв'язувати найрізноманітніші задачі. Нам переважно буде потрібна така. Ми будемо розглядати, як і чому виникли цікаві для нас особливості сексуального відтворення та статевих стратегій. Ми будемо перевіряти наявні гіпотези та власні припущення. Як впевнитися, що передбачені нами механізми, причинно-наслідкові ланцюжки можуть забезпечити появу того, що нас цікавить? Створити імітаційну модель! Врахувати при її побудові саме ті (і лише ті) причини, сукупність яких ми перевіряємо. Модель зможе набагато швидше, ніж наш мозок, прорахувати усі наслідки з передбачених передумов; іноді ці наслідки навіть здаються нам контрінтуїтивними. Якщо модель демонструє, що передбачені передумови можуть породжувати цікаві нам ознаки системи оригінала, ми отримуємо аргумент на користь нашого припущення та можемо аналізувати, за яких умов це може відбуватися.
Далі наведені посилання на додаткові матеріали, що містяться на цьому сайти, які будуть корисними для правильного розуміння перелічених ключових понять. Поняття сексу та статі ми будемо детально розглядати в цьому курсі.
Еволюція та добір
Це — ключові поняття для біології. Вони (з деякими перетинаннями) обговорюються у лекціях, що були записані для двох інших міжфакультетських курсів за вибором.
"Півтори природи людини": онлайн-матеріали до курсу "Еволюційно-біологічні основи поведінки людини". Лекція I. Еволюція. Добір.
Онлайн-матеріали до міжфакультетського курсу «Минуле, сучасне та можливе майбутнє людства та біосфери: виснаження або розквіт?». Лекція#2 (подвійна). Архітектор Всесвіту: природний добір.
Стратегії
Поняття стратегій детальніше розглянуто в цій статті:
Шабанов Д. А., Коршунов А. В., Кравченко М. А., Мелешко Е. В., Шабанова А. В., Усова Е. Е. Внутрипопуляционные онтогенетические стратегии скороспелости и тугорослости: определение на примере бесхвостых амфибий // Вестник Харьковского национального университета имени В.Н.Каразина, серия "Биология". — 2014. — Вып.22, №1126. — с. 115-124.
Ключові речі з цієї статті є в презентації до цієї лекції (на жаль, сама лекція поки що не записана):
"Півтори природи людини": онлайн-матеріали до курсу "Еволюційно-біологічні основи поведінки людини". Лекція X-XI. Стратегії.
Частина матеріалів з тієї презентації буде використана і в цьому курсі.
Моделювання
Перш за все (не ображайтеся, я розумію, що маю справу з дорослими людьми!) я запропоную два фрагменти з підручника "Пізнаю природу" для 5-го класу Нової української школи, що ми з Мариною Олександрівною Кравченко підготували 2022 року, як раз перед загостренням російсько-української війни. Там є дуже-дуже просте пояснення того, чому моделювання є базовою операцією нашого мозку. Ці сторінки розташовані нижче, після цього вступу.
Ви зрозуміли, чому у матеріали для університетської лекції потрапили матеріали з підручника для п'ятикласників? Більш "дорослий" розгляд цієї проблеми міститься у цій лекції:
"Півтори природи людини": онлайн-матеріали до курсу "Еволюційно-біологічні основи поведінки людини". Лекція ІV. Психіка тварин як засіб моделювання дійсності.
Імітаційне моделювання
Крім іншого, автор цього курсу викладає присвячений імітаційному моделюванню курс для магістрів-біологів, що вчаться на кафедрі зоології та екології тварин. Сам курс тут: «Сотворіння світів»: імітаційне моделювання надорганізмових систем в електронних таблицях та R". Завдяки вступу до курсу для магістрів (на титульній сторінці курсу, на яку веде тільки-но наведене посилання) ви зможете зрозуміти, чому там символом є картинка з давньоєгипетського папірусу, що зображує сотворіння світу.
З того курсу нам буде корисна перша, вступна лекція: "Вступ до курсу імітаційного моделювання". Все у ній (крім невеликого фрагмента, що стосується власне самого того курсу; його виділено іншим кольором) допоможе зрозуміти й цей курс.
Мова R
Мові R буде присвячено багато матеріалів цього курсу, але деякі інші матеріали також будуть корисні. Це, перш за все, матеріалу курсу «Статистичний оракул» (за наведеним посиланням ви можете зрозуміти, до чого там дельфійський оракул).
Огляд мови R та посилання на книги та сайти по R (на жаль, переважно російською, хоча є й блискучі джерела українською та англійською) є тут: StatOracle–03 Інструмент: мова (середовище) R.
Проблеми, які будуть розглядатися
Вступом у тематику, яка буде розглядатися у цьому курсі, можуть бути "статеві колонки", написані у 2013-2014 роках. Автор тоді працював онлайн-колумністом легендарного московського журналу "Компьютерра". Наприкінці 2013 року я підтримав у своїх колонках Майдан, і платою за це став розрив відносин з російським журналом.
Цей курс — спроба продовжити розвиток розгляду тем, що були у центрі уваги тих колонок. Тоді, коли писалися ці колонки, я моделював еволюцію статі за допомогою Excel. Вдосконалення техніки моделювання і перехід на Calc (компонент LibreOffice що, на мою думку, набагато кращий ніж Excel, який є складовою MicrosoftOffice) зумовив появу курсу «сотворення світів», посилання на який було надано вище. Знайомство з R зумовило появу цього курсу...
Зверніть увагу: ці колонки написані російською. Після нападу Московії на нашу країну у 2014 році, а особливо після шаленого удару в 2022 році, російська мова може сприйматися дуже напружено. За наслідками II світової війни німецька мова суттєво втратила свої позиції у світовій науці; можна очікувати, що агресія Московії нанесе по науковім та освітнім позиціям російської мови ще потужніший удар. Втім, знайомство з цими колонками не є необхідною умовою роботи над нашим курсом, усі ключові думки цих колонок будуть розвинені в цьому курсі українською мовою.
«Статеві колонки»
№ 1. Происхождение пола, раздельнополости и гемиклонального наследования. Постановка задачи
№ 2. Загадка секса. Cui prodest: ген, индивид, группа?
№ 3. Королева проблем эволюционной биологии: кошмар Дженкина возвращается
№ 4. Хватит ли восьми косвенных гипотез, описывающих преимущества полового размножения, чтобы объяснить возникновение пола?
№ 5. Правда ли, что королева эволюционных проблем — это Красная (a.k.a. Чёрная) Королева? Не торопитесь с ответом — не забывайте о гермафродитах!
№ 6. Победа устойчивости над оптимальностью, или Почему гермафродиты проигрывают самцам и самкам
№ 7. Обсуждение перехода от гермафродитизма к раздельнополости как пример неклассического развития естественнонаучной гипотезы
№ 8. О природе мужского и женского, или от конъюгации к оогамии
№ 9. Точка и троеточие. Биологическая часть заключительной колонки для Компьютерры