最近，瑞士洛桑联邦理工大学和洛桑大学合作，使用机器人模拟生物基因在数百代间的进化，阐明了生物学界持久争论的难题，也为汉米尔顿亲缘选择规则提供了数量证据。该研究将于下周发表在开放杂志《科学公共图书馆—生物学》（PLoS Biology）上。
汉米尔顿亲缘选择规则于1964年由生物学家W·D·汉米尔顿提出。该规则认为，如果一个家庭成员和其余家庭成员共享食物，会增加家庭成员把基因流传下来的机会，许多基因是整个家族中所共有的。也即一个生物是否和其他个体共享其食物，取决于它和其他生物基因的相似性。但验证这一规则的活体生物试验需要跨越上百代，数量过于庞大，几十年来实验几乎不可能进行，汉米尔顿规则因此长期备受争议。
洛桑联邦理工大学的机器人技术教授达里奥·弗洛里诺小组设计了一种机器人，模拟基因和基因组的功能迅速完成进化，使科学家能分析检测与基因特征相关的成本与收益效果。
此前合作小组也作过类似实验，是用觅食机器人执行简单的任务，如推动如种子似的物体到达目的地，将此过程多代进化。那些不能把种子推到正确位置的机器人不能留下它们的程序编码，而较好执行任务的机器人能将自身程序编码复制、变异，并与其他机器人传给下一代的编码重新结合——这是自然选择的迷你模型。
在新实验中，研究小组又增加一个新维度：一旦某个觅食机器人把种子推到了正确目的地，还要决定是否与其他机器人共享它。他们还在机器人世界里创造了兄弟姐妹、堂表兄妹、非亲戚关系等社会群体。进化实验持续了500代，不断重复着利他主义相互作用的各种场面：共享多少和个体成本，这些共享现象按照汉米尔顿规则发生。
实验结果的数量和按汉米尔顿规则预测的数量惊人地相符。虽然汉米尔顿的最初理论并未考虑基因的相互作用，而在觅食机器人中模拟基因运行，增加了一个基因和多个其他基因结合的综合效果，而汉米尔顿规则仍然成立。试验证明，汉米尔顿规则很好地解释了一个利他基因何时能被传到下一代，何时不能。
这一发现同样适用于蜂群机器人。“从这一实验中我们能提出运算法则，而这种法则可以被用在任何类型机器人的进化合作中。”弗洛里诺解释说，“用这种利他主义算法，还能改进飞行机器人的控制系统，让它们更有效地合作，在群体飞行中更加成功。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推荐原文出处：
PLoS Biol 9(5): e1000615. doi:10.1371/journal.pbio.1000615
A Quantitative Test of Hamilton's Rule for the Evolution of Altruism
Markus Waibel1*, Dario Floreano1, Laurent Keller2*
1 Laboratory of Intelligent Systems, School of Engineering, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Lausanne, Switzerland, 2 Department of Ecology and Evolution, Biophore, University of Lausanne, Lausanne, Switzerland
Abstract
The evolution of altruism is a fundamental and enduring puzzle in biology. In a seminal paper Hamilton showed that altruism can be selected for when rb ? c>0, where c is the fitness cost to the altruist, b is the fitness benefit to the beneficiary, and r is their genetic relatedness. While many studies have provided qualitative support for Hamilton's rule, quantitative tests have not yet been possible due to the difficulty of quantifying the costs and benefits of helping acts. Here we use a simulated system of foraging robots to experimentally manipulate the costs and benefits of helping and determine the conditions under which altruism evolves. By conducting experimental evolution over hundreds of generations of selection in populations with different c/b ratios, we show that Hamilton's rule always accurately predicts the minimum relatedness necessary for altruism to evolve. This high accuracy is remarkable given the presence of pleiotropic and epistatic effects as well as mutations with strong effects on behavior and fitness (effects not directly taken into account in Hamilton's original 1964 rule). In addition to providing the first quantitative test of Hamilton's rule in a system with a complex mapping between genotype and phenotype, these experiments demonstrate the wide applicability of kin selection theory.
