home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Explore the World of Soft…ids, Adults, Educational / RocelcoInc-ExploreTheWorldOfSoftware-KidsAdultsEducational-Vol2-Shareware.iso / educate / disk138 / bsim.ist < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1989-04-28  |  25.4 KB  |  496 lines

  1.                    ****************************************
  2.                                   BSIM v1.00
  3.                             A Biological Simulater
  4.                          (C) Copr. 1988  Paul H. Deal
  5.                              All Rights Reserved
  6.                    This is a shareware program. To register
  7.                     see REGISTRATION INFORMATION on page 9
  8.                    ****************************************
  9.  
  10.  
  11.                                  INSTRUCTIONS
  12.  
  13.     CONTENTS                                             page      line
  14.  
  15.     INTRODUCTION  -----------------------------------       1        29
  16.     Physical characteristics  -----------------------       1        49
  17.     Biological characteristics  ---------------------       2        73
  18.     Chemistry  --------------------------------------       2        85
  19.     RUNNING THE SIMULATION  -------------------------       2       103
  20.     Master menu  ------------------------------------       2       105
  21.     First input screen  -----------------------------       3       154
  22.     Second input screen  ----------------------------       4       220
  23.     Entering genomes  -------------------------------       6       330
  24.     SAMPLING  ---------------------------------------       7       364
  25.     EXPERIMENT POSSIBILITIES  -----------------------       8       438
  26.     REGISTRATION INFORMATION  -----------------------       9       466
  27.  
  28.  
  29.                                  INTRODUCTION
  30.  
  31.     BSIM  is  a  computer  simulation  program  which  generates a 'pseudo-
  32.     ecology' that can serve as an analog for actual biological systems. The
  33.     program generates 'organisms' as a function of a simulated genome which
  34.     specifies  the  rules  whereby  the  organisms  will  interact  with  a
  35.     simulated  physical  environment.   The  model  for  the  program  is a
  36.     microbial aquatic ecosystem, but many of the features of the system are
  37.     more general and it can be used to conceptualize  a  broader  range  of
  38.     natural ecosystems.  While the system does have an underlying simulated
  39.     chemistry the reactions are highly simplified and it is not intended to
  40.     reproduce  the  biochemistry  or  physiology  of  actual systems.  Such
  41.     simulation is well beyond the scope of this program.  It  is  intended,
  42.     rather,  to  be  a  model  for  the study of the concepts of population
  43.     dynamics, mass flow in ecosystems, and evolution.
  44.  
  45.     BSIM operates in two basic modes:
  46.        1: Stagnant - simulates a 'pond' or unstirred 'flask' environment.
  47.        2: Circulated - simulates a stirred laboratory 'flask' environment.
  48.  
  49.                            Physical characteristics
  50.  
  51.     Both modes:
  52.       * isolated from outside biology.
  53.       * choice of open or closed to atmospheric gases; if open there
  54.         is the option of adjusting the equilibrium solution values
  55.         for CO2 and O2, if closed the initial concentrations of CO2
  56.         and O2 are selected.
  57.       * choice of running in the light or dark; light intensity is
  58.         selectable when running in the light.
  59.       * aqueous.
  60.       * temperature and pH are assumed constant and optimum.
  61.  
  62.     Stagnant:
  63.       * substances move by diffusion only - concentration gradients
  64.         are homogeneous in the horizontal dimension, variable in the
  65.         vertical dimension.
  66.  
  67.    Circulated:
  68.       * stirred - this is the 'flask' mode in which it is assumed that
  69.         mixing tends to produce a homogeneous distribution of substances
  70.         in both horizontal and vertical dimensions.
  71.  
  72.  
  73.                           Biological characteristics
  74.  
  75.     Both modes:
  76.       * simulated organisms are abstractions of real organisms with
  77.         their morphology and physiology determined by a pseudo-genome
  78.         consisting of 13 elements.
  79.       * genome elements are mutable.
  80.       * organisms carry out metabolism through a  simplified carbon
  81.         chemistry.
  82.       * organisms are capable of reproduction.
  83.  
  84.  
  85.                                   Chemistry
  86.  
  87.     Both modes:
  88.       * chemistry is based on a generalized carbon flow model.
  89.       * only oxygen and carbon are considered in the model; other
  90.         elements are assumed, but not computed.
  91.       * calculations are based on model reactions which must be
  92.         considered as summaries of complex biochemical pathways
  93.         consisting of numerous individual reactions and not as
  94.         complete reactions in and of themselves.
  95.       * mass flow of carbon and oxygen is balanced, but tracking of
  96.         energy or other elements is not undertaken; the direction
  97.         of energy flow is, however, taken into account and where a
  98.         reaction requires energy a source for that energy must be
  99.         available before the reaction can take place.
  100.       * detailed simulation of biochemistry is beyond the scope of
  101.         this model.
  102.  
  103.                             RUNNING THE SIMULATION
  104.  
  105.                                   Master Menu
  106.  
  107.     The command 'GO' loads and executes a program  called  'VPEB'.   'VPEB'
  108.     produces  a  master menu for operating the simulator and its associated
  109.     utilities.   It  also  permits  browsing  and  printing   the   program
  110.     documentation.  The master menu appears as follows:
  111.  
  112.                      ------------------------------------
  113.                      | VIEW INSTRUCTIONS                |
  114.                      ------------------------------------
  115.                      | VIEW EXPT. MANUAL                |
  116.                      ------------------------------------
  117.                      | PRINT INSTRUCTIONS               |
  118.                      ------------------------------------
  119.                      | PRINT EXPT. MANUAL               |
  120.                      ------------------------------------
  121.                      | RUN BSIM                         |
  122.                      ------------------------------------
  123.                      | RUN CTGEN                        |
  124.                      ------------------------------------
  125.                      | RUN MIXGEN                       |
  126.                      ------------------------------------
  127.                      | RUN LOOKGEN                      |
  128.                      ------------------------------------
  129.                      | RUN GRAPHB                       |
  130.                      ------------------------------------
  131.                      | RUN PLOTB                        |
  132.                      ------------------------------------
  133.  
  134.                            up  down  enter  escape
  135.  
  136.     Cursor  up/down  arrow  keys can be used to move a highlight bar to the
  137.     desired function.  Pressing enter will then execute that function.   If
  138.     this  is the evaluation version of 'BSIM', the lower five functions and
  139.     the experimenter's manual will not be  available.   Attempting  to  run
  140.     these will result in a 'file not found' error.  However, BSIM itself is
  141.     complete  and  all its features are fully implemented in the evaluation
  142.     as well as the registered versions.
  143.  
  144.     If  preferred,  each  of  these  functions can be run directly, without
  145.     invoking  the  menu.  At the DOS prompt, type the appropriate commands.
  146.     To  view  documentation,  type  'VIEWDOC', to print documentation, type
  147.     'PRNDOC', and in all other cases type the command name as seen  in  the
  148.     menu (without typing 'RUN').  VIEWDOC and PRNDOC can be used to view or
  149.     print  other documentation as well; in fact, they will handle any ASCII
  150.     type files that can be loaded in available memory.
  151.  
  152.     The command 'BSIM' loads and initiates execution of the  main  program.
  153.  
  154.                               First Input Screen
  155.  
  156.     Press  any key to remove the logo and present the first input screen as
  157.     follows:
  158.  
  159.     Max population size = 4321
  160.                      ------------------------------------
  161.                      | Reseed/New                 |  N  |
  162.                      ------------------------------------
  163.                      | Stagnant/Circulating       |  S  |
  164.                      ------------------------------------
  165.                      | Open/Closed                |  O  |
  166.                      ------------------------------------
  167.                      | Random/Defined             |  R  |
  168.                      ------------------------------------
  169.  
  170.  
  171.             up  down  rewrite(BKSP) enter(F10) abort(ESC) help(F5)
  172.  
  173.     Max population, given in the upper  left  hand  corner,  indicates  the
  174.     number  of  organisms  supportable  by  the  available  memory  in your
  175.     computer.  Dynamic memory is used to generate the  organisms  and  this
  176.     process  can,  in  some  cases,  exhaust  memory.   If that happens the
  177.     simulation will continue with the letters  ML  posted  on  the  display
  178.     screen  in  the  lower  right  hand corner indicating that operation is
  179.     currently memory limited.  During memory limited operation an arbitrary
  180.     limit will be imposed on the number of offspring which can be produced.
  181.     This limit will not reflect the constraints of the  simulation  program
  182.     so  care in interpreting results is in order.  A max population of less
  183.     than  a thousand will generally not be adequate for useful experiments.
  184.  
  185.     The  cursor  may  be  moved  from line to line by using the up and down
  186.     arrows.  Each of the four options has two choices which may be selected
  187.     by entering the appropriate letter in the space provided.  The  default
  188.     choices  are  displayed.   Backspace  erases the current choice. The F5
  189.     function key brings up a help screen appropriate to the topic indicated
  190.     by the current cursor postion.  Escape aborts the  entire  program  and
  191.     the F10 function key enters all the choices currently on the screen and
  192.     moves to the next screen.  Below is listed the information that appears
  193.     on the appropriate help screens.
  194.  
  195.     Reseed/New:  Type  'N'  or  'R' to begin a new simulation or continue a
  196.     previous run.  If you choose the reseed option you  must  have  a  file
  197.     available containing the saved data from a previous run and you will be
  198.     prompted  for  the  path  and  name  of that file.  When you continue a
  199.     previous run you will  have  only  limited  options  for  changing  the
  200.     original settings established when that run was inititated.
  201.  
  202.     Stagnant/Circulating:  Type  'S'   or   'C'   to   choose   between   a
  203.     non-circulating,   'pond'   type  simulation  and  a  circulating  mode
  204.     comparable to a stirred flask. In the  stagnant  mode,  conditions  may
  205.     differ  from top to bottom of the simulation.  In the circulating mode,
  206.     conditions will be homogenous except  for  light  intensity  (light  is
  207.     absorbed  by the 'medium', hence is at its highest intensity at the top
  208.     of the simulation).
  209.  
  210.     Open/Closed: Type 'O' or 'C' to choose between having  the  head  space
  211.     gases  in  equilibrium  with a selected atmospheric value or having the
  212.     simulation 'sealed' from the outside world.
  213.  
  214.     Random/Defined: Type 'R' or 'D'.  The  Random  choice  will  cause  the
  215.     simulation   to   be   initiated   with  organisms  of  random  genetic
  216.     composition.  The Defined option allows you to enter up to 3 genomes of
  217.     your choice or will allow seeding with a collection of known genomes.
  218.  
  219.                               Second Input Screen
  220.  
  221.     After  entering  the  choices  on the first input screen a second input
  222.     screen will appear as follows:
  223.  
  224.                  -----------------------------------------
  225.                  | Inhibitors(A to L)            | NONE  |
  226.                  -----------------------------------------
  227.                  | Mutagen conc(0 to 10000)      | 100   |
  228.                  -----------------------------------------
  229.                  | Light intensity(0 to 3000)    | 1200  |
  230.                  -----------------------------------------
  231.                  | Depth(2 to 100)               | 16    |
  232.                  -----------------------------------------
  233.                  | Oxygen(0 to 4000)             | 2000  |
  234.                  -----------------------------------------
  235.                  | Carbon dioxide(0 to 2000)     | 100   |
  236.                  -----------------------------------------
  237.                  | Reservoir size(1 to 12)       | 3     |
  238.                  -----------------------------------------
  239.                  | Starting population(1 to 2000)| 500   |
  240.                  -----------------------------------------
  241.                  | Sol substrate conc(0 to 3000) | 1000  |
  242.                  -----------------------------------------
  243.                  | Amount sediment(0 to 30000)   | 0     |
  244.                  -----------------------------------------
  245.                  | Num genomes(1 to 3) or (S)eed |       |
  246.                  -----------------------------------------
  247.  
  248.             up  down  rewrite(BKSP) enter(F10) abort(ESC) help(F5)
  249.  
  250.  
  251.     There  are eleven options possible on this screen but they will not all
  252.     be available in every instance.  If the reseed option was  chosen  many
  253.     of  the options on this screen will not be relevant and you will not be
  254.     able to enter values for those.  The last option  listed  is  available
  255.     only if you chose the defined option on the previous  screen.   The  up
  256.     and  down  arrow  keys  control  cursor  movement, backspace erases the
  257.     current entry, and escape aborts the program.   The  F10  function  key
  258.     enters  the  current  screen  and,  if the defined option is in effect,
  259.     moves to the third input screen.  Otherwise a seedfile is prompted  for
  260.     and  execution  of  the program begins.  Function key F5 brings up help
  261.     screens with the following messages:
  262.  
  263.     Inhibitors: Twelve 'substances', letter names A  to  L,  are  available
  264.     which   act  as  'biochemical  inhibitors'.   These  can  be  added  in
  265.     combinations of up to six  at  one  time  to  investigate  the  various
  266.     simulated  chemical  pathways  that  may  be  available  to  any  given
  267.     collection of organisms.  To enter an inhibitor  type  the  appropriate
  268.     letter.
  269.  
  270.     Mutagen:  Analagous  to  a  mutagenic  factor, such as UV radiation, in
  271.     natural environments.  Mutagen controls the rate at  which  'mutations'
  272.     occur  in  the  simulated genome.  A value of 0 results in no mutations
  273.     and is useful for studying the characteristics of defined populations.
  274.  
  275.     Light intensity: Luminance at the surface of the simulation.  The value
  276.     assumes that  portion  of  the  spectrum  which  is  photosynthetically
  277.     active.  A value of 0 represents darkness.
  278.  
  279.     Depth:  Effective  only in the stagnant model, this variable determines
  280.     the rate  at  which  solutes  diffuse  vertically  in  the  simulation.
  281.     Horizontal  distribution is considered to be homogeneous. Higher values
  282.     are equivalent to a deeper pond.
  283.  
  284.     Oxygen: Sets the concentration  of  oxygen  in  the  aqueous  phase  in
  285.     equilibrium  with  the  gas  phase  in open systems.  Also provides the
  286.     initial concentration of oxygen  at  the  start  of  a  new  simulation
  287.     whether open or closed.
  288.  
  289.     Carbon  dioxide:  Sets  the  concentration  of  carbon  dioxide  in the
  290.     aqueous phase in equilibrium with the gas phase in open systems.   Also
  291.     provides  the initial concentration of carbon dioxide at the start of a
  292.     new simulation whether open or closed.
  293.  
  294.     Reservoir size:   A  technical  factor  that  determines  the  relative
  295.     effect  of  metabolism  of  each organism on the substrate pool.  It is
  296.     analagous  to  buffering  capacity  in  a natural medium and is loosely
  297.     analagous to the volume of a natural system. A  low  value  produces  a
  298.     simulation  in  which  substrate  becomes  limiting  at  low population
  299.     densities.
  300.  
  301.     Starting   population:  The  number  of  'organisms'  with  which   the
  302.     simulation  is  initially seeded.  Not meaningful in reseed and seeding
  303.     options.
  304.  
  305.     Soluble substrate concentration: The concentration of  soluble  organic
  306.     matter in the simulation at startup.
  307.  
  308.     Amount  sediment:  The  total  mass  of  sediment  at  the start of the
  309.     simulation. Some sediment may be suspended in  the  aqueous  phase  and
  310.     some  may  be  trapped  at  the bottom of the simulation.  The sediment
  311.     serves as substrate for some biochemical pathways.
  312.  
  313.     Number of genomes: Allows selecting up to 3 predefined genomes when the
  314.     defined option was  previously  chosen.   The  configuration  for  each
  315.     genome  will  be entered on a following input screen.  This option also
  316.     permits entering the letter 'S' to indicate  seeding  from  a  previous
  317.     run.   The seed option differs significantly from reseeding in that all
  318.     the input variables can be reselected.  It is  analagous  to  adding  a
  319.     drop of old culture to a new batch as compared to simply continuing the
  320.     incubation of the old batch.
  321.  
  322.     Each  of  the first ten of the above eleven options has a default value
  323.     which is listed when the screen is presented.  In the first option  the
  324.     default is for no inhibitors; in all others it is the number indicated.
  325.     The defaults were chosen to produce useful and interesting simulations,
  326.     but  they  are  by no means to be considered the best possible choices.
  327.     Indeed,  experimentation  with  these  values  is  the  heart  of   the
  328.     simulation!
  329.  
  330.                                Entering Genomes
  331.  
  332.     After pressing F10 to enter the current choices, if the defined  option
  333.     was  chosen you will now be presented with an input screen for entering
  334.     your selected genomes or prompted  for  the  file  from  which  a  seed
  335.     culture is to be taken.  Below, the screen for two genomes is shown. Up
  336.     to three genome entries may be selected.
  337.  
  338.                          -----------------------------
  339.                          |  EEEEEEEEEEEEE      |  0  |
  340.                          -----------------------------
  341.                          |  EEEEEEEEEEEEE      |  0  |
  342.                          -----------------------------
  343.  
  344.  
  345.      chng window(ARROWS) (SPACEBAR) (BKSP) enter(F10) abort(ESC) help(F5)
  346.  
  347.     The cursor is moved by the arrow keys, spacebar, and backspace.  Escape
  348.     aborts  the program and selections are entered using F10.  Function F5,
  349.     pressed at any time, calls up the following help message:
  350.  
  351.     This screen  appears  only  when  the  defined  option  was  previously
  352.     selected  and  1, 2, or 3 genomes was entered. To enter a known genome,
  353.     type over the default or old genome using the letters 'E', 'F', 'G', or
  354.     'H' (upper or lower case is acceptable).  The boxes on the  right  hand
  355.     side contain the percentage of each genome which will be represented in
  356.     the  final  population.   When  only  one genome is entered this box is
  357.     always set at 100.  In all other cases the total of all boxes (2 or  3)
  358.     must  add to 100.  An attempt to enter a value of more or less than 100
  359.     will not be accepted.
  360.  
  361.     When all entries have been made and, if appropriate, the path and  name
  362.     of the seed file has been entered, the program will begin execution.
  363.  
  364.                                    SAMPLING
  365.  
  366.     While  the  simulation  runs, the keyboard is ACTIVE, so beware! Either
  367.     of two interrupts can be activated (quit or  sample).   The  interrupts
  368.     will not be processed until the end of a cycle.  As a consequence there
  369.     may  be  a  delay after pressing an interrupt key and the initiation of
  370.     the corresponding action.  If quit(q) is  entered  you  will  have  the
  371.     opportunity  to  abort  the  entry  in  case of error.  If sample(s) is
  372.     entered (after the above mentioned delay) a menu bar will appear at the
  373.     bottom of the screen as follows:
  374.  
  375.                      auto(a) screen(s) disk(d) printer(p)
  376.  
  377.     Pressing the designated keys will permit choosing where the  sample  is
  378.     to  be  sent;  screen, disk or printer: or, in the case of auto, allows
  379.     sending a sample automatically to disk at  designated  intervals.   The
  380.     auto  option  permits  sampling physical quantities only or may include
  381.     both physical and  biological  components.   In  the  latter  case  the
  382.     samples  will include all genomic types in the population, with a count
  383.     of the number of organisms having each specific genome.  The user  must
  384.     assure  adequate  disk  space  to handle the number of samples expected
  385.     during the time this option is in effect.  The total number of  samples
  386.     to be taken can be specified at the time auto sampling is initiated.
  387.  
  388.     If  the  non-automatic  options  are  selected   a   question,   'Count
  389.     only(y/n)?',  will appear next.  The yes option permits taking a sample
  390.     in which  the  organisms  will  be  counted  but  will  not  be  listed
  391.     individually.   The  no  option  causes  all  organisms to be listed by
  392.     genome.  After answering this question another menu bar will appear  as
  393.     follows:
  394.  
  395.                        select(s) grid(g) rand(r) tot(t)
  396.  
  397.     option(s):  Select  produces  a  small  box  on the screen which can be
  398.     moved to any desired location using the cursor keys.  Pressing 's' will
  399.     then sample the organisms inside the box.
  400.  
  401.     option(g): Grid allows the user to select a grid interval for drawing a
  402.     sampling grid on the screen.  By selecting row and column  numbers  the
  403.     population within any square of the grid will be sampled.
  404.  
  405.     option(r):   Rand   permits  taking  a  random  sample  of  the  entire
  406.     population at a sampling frequency selected by the user.
  407.  
  408.     option(t): Tot samples the entire  population.   This  option  must  be
  409.     used to save the current run for future reseeding.
  410.  
  411.     After a sample has been taken another menu bar appears:
  412.  
  413.                     again(a); new(n); quit sam(q); halt(h)
  414.  
  415.     option(a):  Again  permits taking a second sample with the same options
  416.     as already selected.
  417.  
  418.     option(n): New permits taking a second sample with new options.
  419.  
  420.     option(q): Exits  the  sampling  procedures  and  resumes  running  the
  421.     simulation.
  422.  
  423.     option(h): Halts the entire program and returns to DOS.
  424.  
  425.     All   sampling  modes  include  a  detailed  physical  profile  of  the
  426.     simulation.  Included  are  the  current  values  of  user   controlled
  427.     variables  and  a  top  to  bottom  reading  of oxygen, carbon dioxide,
  428.     soluble substrate, sediment, toxin, and cell mass concentrations. Light
  429.     intensity is displayed as a function of depth in the culture regardless
  430.     of whether mixed or stagnant. Light is absorbed by the medium and  also
  431.     by the included biomass.
  432.  
  433.                            EXPERIMENT POSSIBILITIES
  434.  
  435.     Using  the  sampling  options,  ability  to  reseed,  seed,  and define
  436.     cultures,  and  the  control  over  physical  and  chemical  parameters
  437.     provided  by  the  program  model,  it  is  possible to simulate a wide
  438.     variety of biological experiments  and  techniques  in  an  environment
  439.     where  results  can be obtained in minutes or hours as compared to days
  440.     or weeks in the laboratory or field.  Among the possiblities are:
  441.  
  442.         Selection  by enrichment for organisms of a given capability.
  443.         Evolution of  new  capabilities  under  a  variety  of  conditions.
  444.         Dynamics of competitive  exclusion  in  a  controlled  environment.
  445.         Observation of growth dynamics of a population including:
  446.            exponential growth
  447.            senescence
  448.            decline
  449.            substrate exhaustion
  450.            waste buildup.
  451.         Stress effects on populations.
  452.         Genetic drift.
  453.         Isolation and characterization of pure cultures.
  454.         Sampling techniques and concepts.
  455.  
  456.     The above list is not exhaustive and many other experimental areas  may
  457.     suggest  themselves as experience with the simulation is gained.  It is
  458.     hoped that this simulation will serve  as  a  useful  tool  in  helping
  459.     students to develop concepts in specific areas of biology.
  460.  
  461.                                  REGISTRATION
  462.  
  463.     A  registration  number is provided with each copy of BSIM.  The number
  464.     may  be  seen  by typing 'B' at the main program menu.  The number will
  465.     appear in the box containing 'RUN BSIM' immediately  following  'BSIM'.
  466.     Unregistered copies display the number: 000000-100-0000000.
  467.  
  468.     This is a shareware program and, as such, is not free software.  If you
  469.     find  the  program  useful,  please  register  by sending your name and
  470.     address along with the registration fee of $29.95, to:
  471.  
  472.                               Paul H. Deal
  473.                               P.0.B. 1398
  474.                               Moriarty, N.M. 87035
  475.  
  476.     Registered owners will receive the following items:
  477.         1:  A technical description of the program.
  478.         2:  Five supplementary utilities to assist in program analysis.
  479.         3:  An experimenter's  manual  with  experiments  illustrating  the
  480.             following concepts:
  481.             1:  Statistical sampling error.
  482.             2:  Systematic sampling error.
  483.             3:  Growth curve.
  484.             4:  Competitive exclusion.
  485.             5:  Enrichment isolation.
  486.             6:  Evolution.
  487.             7:  Mutualism.
  488.             8:  Commensalism.
  489.             9:  Parasitism.
  490.             10: Mutation rate.
  491.  
  492.     Thank  you  for  trying  the  program.  Any suggestions or comments you
  493.     might have can be sent  to  the  above  address  and  will  be  greatly
  494.     appreciated.
  495.                        END OF BSIM INSTRUCTION DOCUMENT
  496.