Wiesel, ReMine und Haldanes Dilemma

Beitrag des Monats: September 1999

von Ian Musgrave

Betreff:    ReMines Dilemma ODER Größe spielt DOCH eine Rolle
Newsgroups: talk.origins
Datum:       17. September 1999
Message-ID: 37e2b35b.2590293@news.cavva.com.au

Hallo zusammen

(das ist mein DRITTER Versuch, dies zu senden, der Rest ist im Äther verschwunden, kann aber nach 3 Wochen auftauchen, wie ein früherer Beitrag)

In den letzten ein oder zwei Jahren gab es einige Diskussionen in den Newsgroups talk.origins und sci.bio.evolution über die Behauptungen von Walter ReMine, dass eine Version von Dawkins' „Wiesel“-Programm, die die Wirksamkeit der Selektion demonstriert, trotzdem eine ernsthafte Einschränkung der Geschwindigkeit der Evolution demonstriert, im Einklang mit Haldanes Dilemma, eine so niedrige Rate, dass Herr ReMine daraus schließt, dass die derzeitigen Erklärungen für den Ursprung des Menschen (und anderer höherer Wirbeltiere) unplausibel sind
(siehe http://x38.deja.com/getdoc.xp?AN=294263986 und http://x38.deja.com/getdoc.xp?AN=315954300).

Wie ich schon zuvor geschrieben habe, kann ich nicht nachvollziehen, wie irgendein Dawkins-„blind watchmaker“-Programm Haldanes Dilemma reproduzieren kann, da Haldanes Dilemma mehrere Gene (typischerweise > 20.000) erfordert, von denen ein Teil mehrere Allele hat (siehe http://www.gate.net/~rwms/haldane1.html oder Natural Selection, George C. Williams, 1992, Oxford University Press, Kapitel 10). Wie ein Dawkins- Stil Selektionsprogramm mit nur einem „Gen“ und ohne Populationsstruktur Haldanes Dilemma zeigen könnte, ist unklar. Ganz offensichtlich dachten das auch viele andere, darunter Wesley Elsberry, der das Perl-Programm „weasel.pl“ (siehe http://www-personal.monash.edu.au/~ianm/whale.htm) schrieb, um diese Behauptung ausdrücklich zu untersuchen, und Robert Williams, dessen Seite ich oben erwähnte.

Ein Problem ist die Schwierigkeit, Details zu dem Programm zu finden, da ReMine auf Internetforen Fragende einfach nur auf sein Buch verweist, The Biotic Message (http://www1.minn.net/~science), einen selbstverlegten Band, der schwer relativ zu bekommen ist (siehe zum Beispiel http://x24.deja.com/getdoc.xp?AN=339410120).

Zum Glück hat Will Pratt von der University of Nevada eine Kopie gefunden, und dadurch konnte Robert Williams eine Kopie von David Wises Programm MONKEY (siehe http://www-personal.monash.edu.au/~ianm/whale.htm) bekommen, das ReMine nutzte. Wie bereits früher erwähnt, nachdem ich es mehrmals ausgeführt hatte und den Code betrachtet hatte, konnte ich keinen Hinweis auf Haldanes Dilemma im Programm finden. Was habe ich übersehen?

Die Antwort ist tatsächlich verblüffend einfach und ist ein Fiasko für Herrn ReMine. Hier sind relevante Auszüge aus seinem Buch.

<begin quotes>
S. 235

„Diese Methode der Mutation ist nicht naturgetreu [bei Dawkins verwendet]. In der Natur zählt nicht jede Mutation und garantiert exakt eine in jedem Nachkommen. In der Simulation sollte ein realistischerer Mutations-Typ verwendet werden, damit jeder Buchstabe eine Wahrscheinlichkeit hat, sich zu mutieren. Nehmen wir an, wir verwenden diese richtige Methode der Mutation bei unveränderter „durchschnittlicher“ Rate (bei 1 zu 28). Diese subtile Korrektur der Simulation verdoppelt nahezu die Zeit, die benötigt wird, um die Zielfolge zu erzeugen: auf 86 Generationen.“

S. 236

„Dann reduzieren wir die Reproduktionsrate auf die von höheren Wirbeltieren, sagen wir n=6. Bei einer sexuellen Art würden dafür die Weibchen 12 Nachkommen erzeugen müssen. Das ist für viele Arten zu optimistisch. Die Simulation gerät dann in eine Fehlerkatastrophe und erreicht die Zielfolge nicht. Wir können die Fehlerkatastrophe vermeiden, indem wir die Mutationsrate senken.“

„Dann können wir durch Erforschung die Mutationsrate finden, die die schnellste Evolution erzeugt [Fußnote: in diesem Fall ist die optimale Mutationsrate eins zu 56]. Bei dieser optimalen Mutationsrate wird die Zielfolge im Durchschnitt nach 1663 Generationen erreicht – das sind 62 Generationen pro Substitution.“

„Somit ist die Simulation – mit ihren zahlreichen unrealistischen Annahmen, die die Evolution begünstigen – weniger als fünfmal schneller als Haldanes Schätzung von 300 Generationen pro Substitution. Ironischerweise deutet dies darauf hin, dass Haldane den Geschwindigkeitsansatz der Evolution zu optimistisch einschätzte.“
<end quotes>

Kannst du erkennen, wo ReMine seinen Fehler gemacht hat? Ich habe tatsächlich ein paar Stunden damit verbracht, die Wirkungen verschiedener Mutationsraten in verschiedenen Programmen zu vergleichen, bevor ich es begriff, aber es hätte verblüffend offensichtlich sein müssen (also ja, ich war wohl dumm, aber ich hatte etwas Subtiles erwartet).

Hier ist die Schlüsselzeile: „Dann reduzieren wir die Reproduktionsrate auf die der höheren Wirbeltiere, sagen wir auf n=6.“

Nun, schlagt mich mit einer Mortadella-Wurst, sagt mir: „Du bist ja Jake“. Herr ReMine versteht offenbar nicht, wie diese Programme funktionieren! In der weitaus Mehrheit der Wiesel-Simulationen, einschließlich der von Wise, nimmt das Programm eine Zeichenkette, erstellt x Kopien davon mit Einzelbuchstaben- Mutationen in einer oder mehreren Kopien der Kette, wählt dann die beste Kette aus und erstellt x mutierte Kopien davon, wählt dann die beste Kette aus diesen Kopien aus und erstellt x Kopien ad infinitum, bis die Zielkette erreicht ist. In vielen dieser Programme ist der Wert x eine vom Benutzer eingegebene Variable namens „Anzahl der Nachkommen“ oder ähnliche Formulierung.

Das Wesentliche ist, dass in Wises Programm, Dawkins' Original, Wesley Elsberrys weasel.pl und meinem WEASEL4.BAS (siehe Signatur) die „Reproduktionsrate“, d. h. die Anzahl der Nachkommen, AUCH DIE POPULATIONSGRÖSSE ist! Natürlich beobachtest du nur langsame Substitutionen in jedem dieser Programme, wenn du nur 5 Nachkommen hast, denn es gibt zu jedem Zeitpunkt nur insgesamt 5 Zeichenketten in der GESAMTPopulation![1]

Natürlich haben in der realen Welt die meisten Organismen Populationen mit mehr als fünf Individuen :-). Zu versuchen, die Substitutionsrate in einer Population von 5 Individuen mit der Substitutionsrate in einer Population von 10.000 bis 100.000 Individuen zu vergleichen, ist ein ziemlich großer Irrtum, selbst wenn man die anderen Probleme berücksichtigt, die entstehen, wenn man dieses Programm mit einer realen Population vergleicht. Die Information über die „Nachkommen“-Zahl ist nicht verborgen; sie ist in Dawkins' Beschreibung und in der Dokumentation von David Wise deutlich beschrieben.

ReMines Argument stürzt vollständig ein, ohne dass man einmal auf die anderen offensichtlichen Probleme eingehen muss.

Prost! Ian
[1] Überleg dir das mal: Wenn du es so machst, wie Herr ReMine denkt, dass Zeichenketten reproduziert werden, dann wird in wenigen Generationen eine exponentiell wachsende Anzahl von Zeichenketten den Stringraum jedes Programms überschreiten.
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(Anhang: Wises Unterroutine, die die „Population“ aus der Nachkommenszahl erzeugt)

PROCEDURE spawn;

{  SPAWN copies the "parent" string (index 0) into each 
       "offspring" string and then performs the selected "mutation".
NOTE:  in each case, the letter position to be changed is selected at
       random AND the letter to be placed there is also selected at
       random.   }

VAR
  i, j, k :INTEGER;

BEGIN
  FOR i:=1 TO num_copies DO
    BEGIN
    s[i] := s[0];                { Copy the "parent" }
    IF (option <> 3) OR (i > 1)  { Do not change if first child and option }
      THEN                       { is 3(one child remains unchanged) }
        CASE method OF
          1 : s[i,(Random(msg_size)+1)] := letter_pool[Random(pool_size)];
          2 : FOR k:=1 TO num_changes DO
                  s[i,(Random(msg_size)+1)] := letter_pool[Random(pool_size)];
          3 : FOR j:=1 TO msg_size DO
                IF Random < mut_prob
                  THEN
                    s[i,j] := letter_pool[Random(pool_size)];
        END;  {CASE}
    diffs[i] := diff(s[i]);
    END;  {FOR i:=1 TO num_copies DO}
  i := min_diff;                  { find offspring closest to target }
  s[0] := s[i];                   { make the offspring the next parent }
  diffs[0] := diffs[i];           { save its difference for display  }
END;
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Ian Musgrave, Peta O'Donohue, Jack Francis and Michael James Musgrave
reynella@werple.mira.net.au http://werple.mira.net.au/~reynella/
a collection of Dawkins inspired weasel programs http://www-personal.monash.edu.au/~ianm/whale.htm
Southern Sky Watch http://www.abc.net.au/science/space/default.htm

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