Цифровой журнал «Компьютерра» № 134

Кафедра Ваннаха: Сумеречная зона Михаил Ваннах

Опубликовано 13 августа 2012 года

Какое-то время назад из многих семей с образованием заметно выше среднего стали массово исчезать телевизоры (технологически было это приблизительно во время ЭЛТ-аппаратов и дорогостоящих плазменных панелей невысокого разрешения). Источником новостей и развлечений широчайшего спектра для многих семей стал компьютер, минимум по одному на каждого члена. А сегодня пошёл процесс обратный. Телевизор опять находит своё место, но уже не на тумбочке, а на стенке.

Вина за эти процессы целиком и полностью лежит на ИТ-отрасли. Именно она, со своими дисплеями высокого разрешения, приучила почтенную публику к мультимедийному контенту высокого качества. Именно развитие каналов связи сделало доступными видеоматериалы самого разнообразного содержания. И теперь при покупке телевизора интеллектуальная часть потребительского рынка обращает внимание не на тюнер, а на процессор и компьютерно-коммуникационные возможности телевизора.

Есть ли встроенный Wi-Fi-адаптер (или хотя бы возможность установки адаптера опционального)? Какие форматы видеоматериала воспроизводят процессор и софт (у последних моделей – список достаточно внушительный, сравнимый с медиа-плейерами, да и в режиме обновления прошивок он постоянно пополняется). При наличии интернет-каналов «толщиной» более двух дюжин мегабит в секунду нужда в эфирном и кабельном телевидении снижается очень заметно (что усиливается процессами исчезновения из вещания даже столичных кабельных операторов солидных зарубежных каналов, легко доступных в Сети).

При росте пропускной способности каналов происходит качественный скачок. Каждая группа зрителей может найти себе канал с интересующей её информацией. В случае сколько-нибудь серьёзных интеллектуальных запросов канал этот будет, скорее всего, иноязычным (русскоязычная аудитория не слишком велика, в результате деловые каналы весьма ограничены в возможностях, а научно-популярных каналов нет вовсе).

Возможно, ситуацию изменит опять-таки технология. Удешевление видеотехники FullHD качества и возможности монтажа, представляемые общедоступными компьютерами. Но – изготовление видеопродукции высокого качества (а другую нет смысла смотреть на большом экране!) в любом случае (несмотря на отдельные удачи любителей-энтузиастов) останется уделом профессионалов, привыкших получать приличную зарплату. Что возможно лишь в случае достаточно большой аудитории или аудитории небольшой, но платёжеспособной.

Кстати, какую-либо проблему это вряд ли составит. Даже для детей. Если ребёнку с детства дают приличные мультфильмы и приключения на английском (другое дело, что выбор их из океанов политкорректной голливудской продукции есть задача нетривиальная…), ласково, но беспощадно пресекая попытки поискать русскоязычную дорожку, то формирующийся мозг маленького человека впитывает чужой язык со скоростью хорошей губки.

В середине 90-х доводилось видеть исследование, показывавшее, что у билингов с детства возникает более объёмная и единая для обоих языков область Брока, в отличие от тех, кто учит язык в зрелом возрасте, когда для нового языка формируется отдельный центр, отжимающий часть ресурсов мозга, но это – тема отдельного разговора. Телевизор оказывается в роли персонального гувернёра-иностранца в дворянской семье или грека-раба у квиритов (правда, те знали, что ругаться при детях нельзя, а то выпорют на конюшне…), доступного самым широким кругам населения («не меньше двух рабов»).

Так что если в семье телевизор используют правильно, в сочетании с информационными технологиями (и педагогическими навыками родителей, дядей, бабушек!), то годам к десяти ребёнок уже получает привычку к регулярному просмотру научно-популярных программ BBC Knowledge и BBC Four на языке оригинала. Видит величественные панорамы космоса и безостановочную беспощадную пожираловку живой природы. Может перечислить древних царей в ближневосточных династиях и аппараты, ставившие рекорды на море и в воздухе. Проблемы с языком не возникают – проблемы начинаются там, где требуется объяснить значение того или иного термина, для чего родители или обращаются к Сети, или трясут знакомых.

Это, правда, влечёт за собой некоторые проблемы для семьи. Приходится покупать вторую машину для мамы и с некоторым трудом устраивать малыша в довольно отдалённую приличную гимназию – в ближайшей школе ему делать нечего. Там учатся соседские дети, которые тоже смотрели телевизор. И почерпнули из него массу знаний. Они могут назвать по именам всех персонажей сериала полицейского, вместе с подробностями их биографий и марками предпочитаемых (product placement) крепких спиртных напитков производства соседней страны. Они, радостно поправляя друг друга, перечисляют главные перипетии сезонов армейской и семейной комедии (и опять-таки – потребляемого персонажами шнапса…).

И научпоп им не чужд – имени Юрия Кнорозова они не слышали, но про беды, грозящие нам по календарю майя, расскажут подробно. Не зная имён Гагарина и Королёва (sic!), равно и того, вращается ли Солнце вокруг Земли, охотно перечислят звёздные миры, с которых прибывают пришельцы различных рас… Но это – проблемы социальные. Которые надлежит оставить для специализированных изданий. А мы же, легко заметив, что в одном случает речь идёт о свете, а в другом о тьме, поговорим именно о проблемах, создаваемых технологией и влияющих на её развитие. О Сумеречной Зоне.

Технология для своего развития (и просто поддержания!) нуждается в прилично образованных людях. И хорошо, когда к задачам образования применяют достижения технологии. Что было первым образцом научно-популярной литературы? Им принято считать «Трактат об астролябии» Чосера. Во времена, когда языком науки была латынь, Чосер написал его на английском. Но для этого ему потребовалась ещё одна вещь. Во времена господства англо-французского Чосер стал основоположником литературного английского. Можно рискнуть и сказать, что он создал его так же, как Никлаус Вирт создал Pascal для обучения программированию. Поработав в области «гуманитарных технологий».

Дальше – ближе к теме разговора. Великий чешский педагог Ян Амос Коменский. И его «мультимедийный» учебник Orbis pictus, «Мир в картинках», 1658. Сегодня идея букваря с картинками кажется очевидной. Но для её реализации потребовалось постичь законы перспективы по Вазари (что было отнюдь не тривиально – даже больше века спустя начертательная геометрия Монжа была секретно-военным хайтеком!), научиться рисовать легко узнаваемые картинки, создать полиграфическую отрасль (улицы «печатников» в старых городах Европы, без чего букварь стоил бы как деревенька с крепостными)…

Но Коменский всё же писал букварь. Обращаясь картинкой к Первой сигнальной системе, он тут же давал и слово, дальше переходя к работе со Второй сигнальной, с миром языка. (Не надо забывать, что Коменский составил и полный словарь «Сокровищница чешского языка», и выдержавшие массу переизданий учебники латыни…) А теперь перед нами возможность: использовать в колоссальных объёмах визуальную информацию высочайшего качества. Хорошо ли это?

С одной стороны известно, какую большую долю сведений об окружающем мире даёт нам зрение. С другой – разумность человека определена наличием Второй сигнальной. И какая доля знаний, которые мы хотим изложить в научно-популярном тексте, должна получаться из зрелища, а какая передаваться словами – вот крайне интересный и крайне важный вопрос. (Для простоты предположим, что популяризатор владеет предметом, не озабочен материально и имеет достаточно времени и вспомогательных материалов; для простоты, как когда-то Остроградский начал лекцию для парижанок о математическом проектировании одежды словами о том, что примем для простоты: человеческое тело имеет форму шара, и парижанки испуганно сбежали…) Следовать девизу, что лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать… Стараться объяснить словами, что же мы видим на самом деле, максимально задействуя мозг. Где правильное соотношение?

А ещё – соотношение между увлекательностью и точностью. Это – тоже проблема. Даже в тексте. Сухо-точный язык — не читаем. Пользуешься параболами, гиперболами, метафорами, цитатами из некогда известных книг – и никакой гарантии, что их поймут так, как хотел автор. Слишком по-разному сцеплены ассоциативные цепочки в такой сложной штуке, как мозг. А ещё – проблема тезауруса. Начального объёма знаний, необходимого для восприятия текста (читая слово «пирамида», нужно знать, что это такое). Передача же знаний изображениями даёт возможность показать картинку, не вдаваясь в объяснения.

Но что поймёт тот, кто на неё смотрит? Кошка, как известно, имеет право смотреть на короля, но сколько она в результате будет знать о государственном устройстве?.. Созерцание самых лучших фото галилеевых спутников, сделанных пролетающим аппаратом, не расскажет о небесной механике так, как наблюдения за этими лунами в простейшую трубу с последующим расчётом орбит с помощью меловой доски и таблиц Брадиса по закону Кеплера. Зато привыкшего с малолетства к красочным иномировым зрелищам может сильнее увлечь их устройство.

Но как соотнести зрелищность и точность? Причём эта проблема останется даже в случает трёхмерных и динамических изображений любого качества. Прямая интернет-трансляция посадки марсохода, которая доступна прямо в парке, куда проведён публичный Wi-Fi, — зрелище занимательное, но понять её суть можно, лишь выучив довольно много скучных и длинных уравнений небесной механики и аэродинамики. Как применить визуализацию так, чтобы зрелище вовлекало в суть, а не заменяло её? (Причём мы говорим о зрелище крупного научного события; катастрофический календарь Майя — это симулякр, дистиллированная Тьма.)

А ещё – тематика. Скажем, такой мастер зрелищных экспериментов, как Никола Тесла, поразительно любимый даже добротным визуальным научпопом. Воспроизводят его эксперименты красиво и красочно. Но вот какое представление об электромагнетизме почерпнёт из этого зрелища ребёнок, рядом с которым нет сведущего в уравнениях Максвелла папы или двоюродного деда, сказать трудно. Возникнет ли полезная привязанность к паяльнику и запаху канифоли или зародится непреодолимая тяга к опровержению Первого и Второго начал термодинамики (о наличии начала Третьего опровергатели знают редко…), наперёд сказать трудно. Сумеречная зона!

К оглавлению

Василий Щепетнёв: Раки для Варвары Василий Щепетнев

Опубликовано 14 августа 2012 года

Очередной марсоход успешно достиг поверхности красной планеты и вот-вот начнёт своё путешествие. Как водится, гордость за человечество переполняет меня, и я, сдерживая слёзы умиления, с нетерпением поглядываю на часы.

С нетерпением и беспокойством. Беспокоит меня присказка из детства: мол, любопытной Варваре раки нос оторвали. Сейчас как выскочат, как выпрыгнут — и оторвут! Не у марсохода даже, а у нашей земной цивилизации. Не будут разбирать, какой страны любопытный марсоход, ударят, где покажется удобнее. Может, телебашня какая согнётся пополам, может, лайнер утонет. Или вулкан проснётся и доставит неприятностей целому континенту, а то и двум. Кто её знает, меру инопланетян.

Пустые страхи? Ах, как хотелось бы, чтобы пустые! Чтобы на Марсе жизнь была, но самая простая — лишайники, амёбки, в крайнем случае белочки с зайчиками.

Но вдруг там живёт нечто, похожее на нас? Злое и мстительное? Пустынные ландшафты пусть никого в заблуждение не вводят: живут марсиане под поверхностью планеты, заселяя пустоты бывших подземных рек и озёр, а то и в искусственных выработках. И вдруг их возможности таковы, что мои фантазии воплотятся, но воплотятся удесятерённо?

Ведь никто не любит, чтобы вот так, без спроса проявляли любопытство. Вспомните полёт Френсиса Пауэрса на высотном самолёте «У-2». Чем это кончилось? Нет, особо жестоких мер не принимали, но самолет всё-таки сбили, а Пауэрса всё-таки посадили и в переносном, и в буквальном смыслах, хоть НАСА и твердила об исключительно научной миссии полёта.

Вообще, отношение к любопытствующим у нашей страны было негативное. Помню рассказ Томана «Made in», где автомат легко распознаваемой державы ползал вокруг секретного полигона, фотографировал всякие интересные объекты, передавал их хозяевам, а будучи разоблачённым, норовил подорваться и с собой подорвать разоблачителя. Помню целый роман Немцова «Последний полустанок», где те же враги выпускали над нашими просторами летающие шпионские лаборатории, замаскировав их под гордых орлов. И это орлы тоже в случае разоблачения стремились взорваться. Помню, наконец...

Ладно, что вспоминать. Тут не вспоминать, тут думать нужно. Чем ответила страна на реальные и литературные угрозы? Догнала и перегнала в области любопытства. Положим, любопытствующих у нас и прежде водилось немало, но теперь они получили технику воистину космических масштабов. И до сих пор, поди, считают, сколько незабудок растёт на клумбе во дворе отдела М-Зет 24 (что за отдел и какой страны отдел — не скажу, потому что тайна).

Поэтому стоит, выходя на улицу, посмотреть по сторонам: не ползает ли где марсианская черепашка? На огороде тоже стоит поглядеть. Или в лесу. Но я считаю, что с Марсом мы стоим на разных ступенях развития и потому искать самобеглую тележку смысла особого нет. Вот сто лет назад стал бы кто-нибудь искать в космосе спутник-шпион? Да и не было возможности искать. Нечем. Локаторов не имелось, а пулковский телескоп-рефрактор с метровым объективом следить за низкоорбитными спутниками вряд ли приспособлен. Да, поди, этот спутник-шпион ещё и выкрашен под звёздное небо — угольная тьма с россыпью звёздочек.

А ещё раньше неведомо было радио...

Так вот, нынешние технологии марсиан настолько не похожи на изделия современности, насколько флэшка не похожа на инкунабулы.

Мы смотрим на вражеских шпионов или, скажу мягче, любопытствующих, смотрим и не понимаем, кого видим. Ведь чем была бы для Уильяма Кекстона или Альбрехта Пфистера флэшка с восемью мегабайтами книжных текстов? Нелепой бижутерией? Вообще-то любопытно: находит пытливый человек пятнадцатого века флэшку и пытается понять, что это. В его распоряжении хорошие увеличительные стёкла, специалисты, время, деньги и, главное, разум. Несёт к часовщикам, к алхимикам, к философам...

Нет, всё-таки вряд ли он придёт к выводу, что это — моя библиотека, похищенная троллями вместе с электронной книгой в городском парке Осло ненастным днём лета две тысячи двенадцатого от рождества Христова.

Вот и мы смотрим и не понимаем. Но если флэшка — вещь всё-таки в пятнадцатом веке чужеродная, то идеальный любопытствующий посланец иной, превосходящей нашу цивилизацию, должен вписываться в окружающий мир совершенно естественно.

Таков мой первый вывод.

Далее. Марс — планета не самая недоступная. Если что, можно и ещё марсоход запустить, а там снова и снова. Так, собственно, и поступают. Год, полтора полёта, миллиард-другой денежек. И годы несчитанные у нас, и деньги тоже. За последние годы это и «Пасфайндер», и «Спирит», и «Оппортьюнити», и «Феникс». «Фобос-Грунт» пытался, да не вышло....

Но если цель страшно далеко и целей таких — тысячи, миллионы? Нептун, Плутон, астероиды, планетоиды пояса Койпера? А если зонды межзвёздные? Летят десятилетия, века, эры. И что, в случае поломки (не ту команду программист записал) — труд пропал? Очень важно, чтобы аппарат был способен к самодиагностике и, главное, к саморемонту. Если первое более-менее осуществлено даже на уровне бытовой техники, то второе — дело инопланетное.

Вывод второй: проект должен обладать автономной системой восстановления. Приятно, когда вместо запланированных трёх месяцев аппарат работает три года, хотя это и тревожит бухгалтеров: откуда брать зарплату для команды поддержки? Некоторые аппараты бюджет перекрывают многократно. Следовательно, в идеале аппарат должен работать даром, бесплатно, добывая средства к существованию самостоятельно.

Вывод третий: проект не должен своим долгожительством отягчать бюджет страны, даже инопланетной. Хорошо бы и прибыль давать на дальнейшее развитие.

В шестидесятые годы прошлого века шли горячие дебаты о том, что важнее — космонавтика пилотируемая или беспилотные аппараты. Стороны взывали к населению, оперируя как числами, так и эмоциями. Человек сложен и дорог, он потребляет огромные ресурсы только на поддержание гомеостаза. И ещё человека принято возвращать на землю. Аппарат же в спящем режиме неприхотлив, и если придётся лететь в один конец — полетит без колебаний. С другой стороны, аппарат исследует лишь то, на что запрограммирован. А человек головой вертит, руки распускает, нос суёт куда ни попадя — и в итоге делает открытия совершенно неожиданные. Вот этого — непредсказуемой активности — аппаратам пока и не хватает. Как только четвёртое условие будет выполнено, наступит новая научная революция.

Жизнь показала, что пилотируемая космонавтика в развитии остановилась — если развитие мерить степенью удалённости от Земли. Аппарат уже летит к Плутону, можно сказать, приближается, люди же виток за витком продолжают вращаться вокруг Земли. И, покуда двигатели останутся химическими, вряд ли что-либо изменится, разве что люди всё-таки вернутся на Луну.

Тут-то и возникает странное чувство. Люди исследуют планеты, путь к которым им заказан. Более того, люди исследуют звёзды, до которых долететь в обозримом будущем вообще нельзя. С точки зрения пользы для собственного вида они напрасно тратят цветы своей селезёнки. Как нас ни убеждают, что в результате исследования дальнего космоса человечество получило памперсы и шариковые ручки, думается, что целенаправленные разработки, устремлённые на открытие новых потребностей человека, были бы не менее эффективны.

Человечеству совершенно неважно знать, что где-то далеко-далеко существуют вселенные-рулетки, вернее, иногда существуют, а иногда нет (для чётных наблюдателей в чётные периоды существуют, в нечётные — нет). Тут и Плутон видится совершенно недостижимым для человека объектом, однако «Новые горизонты» уже преодолели большую часть дистанции. А ведь эти денежки можно потратить на более важные нужды.

Но если люди делают то, чего делать им вроде бы нет нужды, значит, они это делают как раз не от нужды, то есть не во имя удовлетворения собственных потребностей.

А чьих?

Тех, кто организовал миссию.

Люди и есть миссия по исследованию данного участка вселенной. Они воспринимаются неотъемлемой частью Земли, что соответствует первому условию. Они способны самовоспроизводиться — второе условие. Они берут все работы исключительно на свой счёт — третье условие. И они непредсказуемо активны — четвёртое условие.

Следовательно, люди и есть искомые инопланетные агенты.

Люди, а не всё человечество. Достаточно воздействовать на небольшую часть популяции, чтобы получить долговременный инструмент обследования окружающего мира. Прежде всего, конечно, самой Земли, но и остальные планеты постепенно входят в Перспективный План. Рискну предположить, что коррекция имела место во второй половине девятнадцатого века, итогом чего и стала цепь революций. Социальные революции были столь же необходимы, как и революции научные, технические, информационные и т.п.

Так кто они, организаторы и вдохновители полетов к Марсу и Плутону? Иная цивилизация, живущая вне планеты, быть может, вне Солнечной Системы? Или это часть нашего — в смысле человеческого — общества (мы принадлежим им, но они нам — вряд ли), существующего по принципам рулеточной вселенной: одним — иногда — видна, для других скрыта постоянно?

Вот что интересно исследовать. И, главное, не требуется ни миллиардных затрат, ни громадных коллективов.

Только чувствительный нос. Хотя народ и предупреждает.

К оглавлению

Дмитрий Шабанов: Многоуровневые лягушки Дмитрий Шабанов

Опубликовано 15 августа 2012 года

В этой колонке я попробую связать в узел несколько тем, которые развивал раньше. В прошлый раз я писал, что некоторые проявления эволюции удобно объяснять с позиции эгоистичного гена, а некоторые – с позиции эгоистичного индивида. В прошлый и позапрошлый мы обсуждали спор роли группового отбора для эволюции. А когда-то я писал, что в зависимости от согласования параметров оптимизация системы и её подсистем подсистемы получают или поддержку от Невидимой Руки, или подножки от Невидимой Ноги. Все эти абстракции осмыслены настолько, насколько помогают в решении конкретных проблем. «Моя» задача — изучение полуклональной гибридизации зелёных лягушек. Я использую её как оселок для проверки упомянутых теоретических конструктов.

Для понятности колонки я повторю минимальный набор сведений о проблеме. Подробнее – в обзоре из «Природы».

На большей части Европы живут два вида зелёных лягушек (точнее, даже две группы видов, но мы не будем в это углубляться). Это прудовые (Rana lessonae или Pelophylax lessonae) и озёрные (Rana ridibunda или Pelophylax ridibundus) лягушки. Они скрещиваются друг с другом, порождая гибриды, получившие своё имя, подобное видовому: съедобные лягушки (Rana esculenta или Pelophylax esculentus). Чтоб не загромождать колонку латынью, я буду называть лягушек, обозначая буквами (L и R) их геномы (единичные хромосомные наборы; видоспецифичные комплексы наследственной информации). Коли так, прудовые лягушки – это лягушки LL, озёрные RR, а гибриды (съедобные) – LR.

Приведу аналогию. Мы относимся к виду Homo sapiens, и любого из нас можно обозначить как человека SS. Один из геномов S каждый из нас получил от матери, другой – от отца. Гибриды представителей нашего вида и неандертальцев, Homo neanderthalensis, следует по этой логике обозначать как людей NS.

"Фишка" гибридных лягушек – в их полуклональном воспроизводстве. Хромосомы из разных геномов у лягушек LR не «узнают» друг друга при образовании гамет (половых клеток). Но в клетках зародышевой линии (потомками которых станут гаметы) творятся чудеса (я их описывал тут). Один из геномов выбрасывается (элиминируется), а потом второй удваивается (эндоредуплицируется). В гаметы попадает один из родительских геномов (клональный геном) в неизменном виде. Вот, посмотрите, лягушка L(R), то есть гибрид с клональным геномом R, производит гаметы R (символ клонального генома заключён в круглые скобки):

Гибридные лягушки чаще всего живут не сами по себе, а вместе с особями родительских видов. Возникают группы, объединённые общим размножением. Это не популяции. В них передаются как обычные геномы, которые перетасовываются из поколения в поколение, так и клональные геномы. Мы называем эти группы ГПС – гемиклональные (=полуклональные) популяционные системы.

Для Западной Европы типичны ГПС из LL и L(R). При скрещивании таких лягушек опять получаются гибриды: LL×L(R)→L(R). Европейские исследователи лягушек предполагали, что способность к полуклональному наследованию – свойство генома R: в нём есть гены, способствующие удалению генома L. Эту же идею излагает Докинз в «Расширенном фенотипе», предполагая, что на лягушек LL должен действовать отбор, препятствующий их скрещиванию с LR и RR.

В прошлый раз мы говорили о генах мейотического дрейфа и приводили в пример странных мух, у которых одна хромосома попадает в гаметы намного вероятнее, чем другая. У лягушек подобным образом ведёт себя весь хромосомный набор из 13 хромосом. Что же, полуклональное наследование — крайний случай мейотического дрейфа и пример работы эгоистичных генов (точнее, эгоистичного генома R)?

Для Восточной Украины характерны ГПС из лягушек RR и (L)R. Там всё происходит зеркально наоборот. Странное совпадение, правда? Как кстати в Восточной Украине такой необычный эгоистичный ген оказывается уже в геноме L!

А в том регионе, который мы назвали Северско-Донецким центром разнообразия зелёных лягушек, в одном месте на нересте могут собраться особи RR, (L)R, L(R), (L)(R), LLR и LRR. К каждой из этих категорий принадлежат разные формы, отличающиеся деталями, обсуждение которых в эту колонку не поместится. И мне ясно, что гибридные лягушки могут «тасовать» свои геномы и менять характер гаметогенеза самыми разными способами, а ГПС, где они оказываются, работает как фильтр, отбирая подходящие способы гаметогенеза гибридов.

Ещё одна удивительная вещь. Гибриды первого поколения, образующиеся от скрещивания лягушек LL и RR, испытывают серьёзнейшие затруднения с производством гамет. У них часто недоразвиты половые железы, а большинство половых клеток нежизнеспособны (прежде всего, из-за некомплектности хромосомных наборов). А после более-менее длительной передачи клональных геномов из поколения в поколение образование половых клеток относительно стабилизируется. Это говорит об отборе. Гибрид десятого поколения происходит от гибридов первого, второго и дальнейших поколений, которые смогли успешно произвести половые клетки. Результаты этого отбора отражаются в генах внутри клональных геномов (больше негде!). Итак, хотя клональные геномы и передаются вроде бы без изменений, они находятся под сильным давлением отбора, который реально меняет их свойства. Что это за изменения – генные мутации, эпигенетические модификации, амплификации каких-то участков, мы пока не знаем.

Кстати, этот отбор, о котором я пишу, идёт прежде всего на клеточном уровне внутри самой гибридной лягушки! Те клетки зародышевого пути, которые не смогли правильно реорганизовать свой наследственный аппарат, останавливаются в развитии. Гаметы происходят только из тех клеточных линий, где удались непростые перестройки геномов; потомки происходят только из правильно сформированных гамет. В то же время эти потомки сами оставят потомство, только если не помешают обычному обеспечивать нормальное развитие особи.

Я уже писал о нежизнеспособности особей родительского вида, возникающих при скрещивании гибридов. Обычное объяснение этого феномена – накопление вредных мутаций в геномах, которые передаются клонально (механизм, приводящий к дегенерации геномов, передающихся без рекомбинации, называется в популяционной генетике храповиком Мёллера). У гибридов-де действие этих мутаций компенсируется вторым геномом (который используется в течение одного поколения, но не переходит в половые клетки). Когда два таких отягощённых генома встречаются вместе, они губят несчастного головастика или лягушонка. Увы, этому объяснению противоречит то, что особи, получившие идентичные клональные геномы, страдают не больше, чем особи с разными клональными геномами одного вида и, вероятно, разными, способными компенсировать друг друга, мутациями.

Я предполагаю, что нежизнеспособность таких особей – следствие отбора клональных геномов на способность удалять другой геном из клеток зародышевого пути. И описывать этот отбор эффективнее не на языке «эгоистичных» генов, а на языке размножения «эгоистичных» клеточных линий и «эгоистичных» индивидов.

В разных клеточных линиях, у разных особей устойчивыми оказываются разные пути гаметогенеза. В разные ГПС попадают разные сочетания клональных геномов. Некоторые из этих сочетаний нежизнеспособны (пример – в колонке о Невидимой ноге), иные – гармоничны и успешны. Жизнеспособные ГПС могут расселяться — осваивать соседние местообитания. Если в новое местообитание попадут особи, несущие взаимодополняющий комплект клональных геномов, там тоже возникнет устойчивая ГПС. Вырастет, окрепнет, и группы лягушек, несущих удачное сочетание геномов, отправятся дальше.

Итак.

Полезна ли для описания казуса зелёных лягушек концепция эгоистичного гена (в их случае – эгоистичного генома)? Да, полезна. Без неё сложно объяснить ситуации, когда результатом неограниченного размножения одного клонального генома оказывается гибель всей популяционной системы.

Достаточна ли для описания казуса зелёных лягушек концепция эгоистичного генома? Нет. Даже сам факт разнообразия форм полуклонального наследования требует объяснения на уровне индивидуального отбора, то есть с точки зрения эгоистичного индивида.

Можно ли полноценно описать казус зелёных лягушек без анализа группового отбора? Нет. Те группы (ГПС), где складываются неустойчивые сочетания клональных геномов, вымирают или трансформируются. Те, которые нашли удачные сочетания передающихся геномов, выживают и со временем могут расселяться в новые местообитания.

Кстати, возвращаясь к проблеме спора Докинза и Уилкинса, который обсуждался в прошлых колонках, можно сказать, что лягушки «голосуют» за Уилкинса. Групповой отбор является важным фактором их эволюции; в целом для её описания нужна идея многоуровневого отбора, которая так раздражает Докинза.

А как с концепцией родственного отбора, за которую, как лев, бьётся Докинз? В случае зелёных лягушек она тоже оказывается бесполезной. Вот, смотрите. В пруд попадает один выводок гибридных лягушек. Для примера предположим, что это (yL)xR, самцы с мужским клональным геномом L, как в случае, описанном в колонке про Невидимую Ногу. Вот они сидят рядом в нерестовом котле. Каждый из них имеет такой же геном (yL), как у всех его братьев, а также всех его детей и всех его племянников! Может, рассматривать эту ситуацию с точки зрения родственного отбора, оценивая шансы на воспроизводство всех геномов (yL)? Но при этом мы потеряем из виду те отличия между разными особями, которые связаны с отбором клональных геномов на устойчивость клональной передачи. Нет, нам надо рассматривать каждую линию особей с геномом (yL) по отдельности. Эти линии конкурируют друг с другом: чем больше в ГПС особей с геномами (yL), тем сложнее размножаться каждой из них!

Таким образом, эволюция зелёных лягушек оказывается сложнейшим комплексом процессов, проходящих на разных уровнях. Каких? Прямо или косвенно упомянуты в этой колонке следующие уровни:

генный: гены конкурируют друг с другом за попадание в следующее поколение особей;

геномный: клональные геномы конкурируют друг с другом за попадание в гаметы;

клеточный: разные линии зародышевых клеток конкурируют за возможность произвести гаметы, проведя непростые операции с собственными геномами;

индивидуальный; особи конкурируют друг с другом в выживании и оставлении потомства;

полуклональный: полуклоны (совокупности особей, имеющих идентичный клональный геном) взаимодействуют друг с другом в составе ГПС;

групповой: ГПС конкурируют друг с другом в выживании и расселении.

В зависимости от согласованности или несогласованности отбора на разных уровнях, наличия восходящих (к системе от подсистем) и нисходящих (от системы к подсистемам) прямых и обратных связей итог многоуровневого отбора может быть весьма разным. Подсистемы и системы чувствуют на себе то Невидимую Руку, то Невидимую Ногу.

Скажу по секрету, что многоуровневый отбор у зелёных лягушек – стержень, выбранный мною для выстраивания собственной докторской. Посмотрим, как это воспримут мои коллеги...

Зачем во всём этом копаться? Мне достаточно того, что это позволяет лучше понять зелёных лягушек. И ещё могу сказать, что расширение нашего понимания таких проблем даже в случае лягушек может привести к самым неожиданным последствиям, вплоть до новых технологий управления популяциями сельскохозяйственных организмов. Изучение разнонаправленного многоуровневого отбора полезно для развития технологий управления системами вообще – от биологических до социально-экономических. Напомню, что каждый из нас включён в несколько иерархий социальных систем: членов семьи, работников организации, жителей дома и населённого пункта, членов профсоюзов, общественных организаций и партий, граждан страны… Мы ведь до сих пор не знаем толком, как соотносятся процессы оптимизации на этих уровнях.

Но, дорогие читатели, восхититесь: сколь сложен мир, в котором мы живём!

К оглавлению

Дмитрий Вибе: Вселенские старые девы Дмитрий Вибе

Опубликовано 17 августа 2012 года

В научной фантастике наряду с настоящей машиной времени упоминается иногда её облегчённый вариант — устройство, позволяющее просматривать события, происходившие в далёком прошлом. Вселенная в каком-то смысле сама является таким устройством: из-за конечности скорости света мы видим объекты такими, какими они «в реальности» были некоторое время назад. Даже монитор передо мной я вижу с некоторым запаздыванием по времени. Что уж говорить об астрономических объектах! Совершенно иные масштабы времени.

Правда, и темп жизни совершенно иной. Например, Туманность Андромеды предстаёт перед нами такой, какой она была два с лишним миллиона лет назад. С точки зрения человека это ужасно много, но для галактики это пустяк. Можно смело утверждать, что внешний вид Туманности Андромеды не слишком изменился, пока к нам летел тот свет её звёзд, что мы видим сегодня. Но это ближайшая к нам крупная галактика, облик которой минимально отодвинут в прошлое. Логично ожидать, что мы, проникая на всё большие расстояния, рано или поздно начнём видеть галактики другими, более молодыми. Например, найдём галактику, похожую на нашу, и узнаем, как выглядел Млечный Путь, скажем, пять миллиардов лет назад, когда родилось Солнце.

Беда в том, что оценить степень похожести, особенно на большом расстоянии, довольно сложно. Я уже писал как-то, что даже такие внешне подобные галактики, как Млечный Путь и Туманность Андромеды, обладают весьма различными историями. Это означает, что в поисках молодого аналога Млечного Пути (или молодого аналога любой другой современной галактики) нельзя ориентироваться на какой-то один параметр, например на массу или размер.

Это затрудняет взгляд в прошлое нашей Галактики, но и обратное тоже верно: часто бывает так, что и для далёких (существовавших некогда) галактик определённого вида не удаётся подыскать местный (современный) аналог. То ли галактики этого вида перестали существовать, то ли изменились до неузнаваемости. А может быть, их попросту мало во Вселенной, и рядом с нами не оказалось ни одной такой системы.

Гораздо внятнее ситуация выглядит, когда в расчёт берутся не параметры отдельной галактики, а средние параметры для конкретных категорий галактик или даже для всего галактического населения. В этом случае эволюционные изменения проявляются вполне наглядно. Видно, например, как на протяжении последних миллиардов лет неуклонно снижается суммарный темп звёздообразования, что ожидаемо — исчерпываются запасы газа. А вот размер галактик данной массы со временем, напротив, увеличивается. С удалением в прошлое увеличивается доля взаимодействующих галактик, а форма галактик становится более неправильной.

Эти изменения худо-бедно объяснимы с точки зрения постепенного «взросления» и даже «старения» галактического ансамбля. Кажется, ещё чуть-чуть, и мы проследим эволюцию галактик до самого начала и шагнём в эпоху, когда галактик ещё не было. Но вот странность: телескопы становятся всё мощнее, приёмники — всё чувствительнее, мы заглядываем всё дальше в прошлое, но галактики там всё есть и есть.

Неудивительно поэтому, что журнал Science одной из самых значимых публикаций 2011 года назвал статью Микеле Фумагалли (Университет Калифорнии а Санта-Крузе, США) с соавторами, посвящённую обнаружению в дальней Вселенной межгалактических газовых облаков, состоящих только из водорода и гелия, то есть не загрязнённых тяжёлыми элементами.

Вообще, прежде чем жаловаться, что мы не видим догалактических облаков, нужно понять, что именно следует искать. Как именно должно выглядеть то, что потом станет галактикой? Понятно, что в нём не должно быть ни звёзд, ни тем более продуктов звёздной эволюции, а только водород и гелий. Но водород в обычных условиях светится лишь в радиолинии на длине волны 21 см, которая слишком слаба, чтобы её можно было наблюдать на таких расстояниях (разве только удастся вооружиться очень большой антенной). Получается, что догалактические облака ненаблюдаемы в принципе?

Не совсем. Если что-то не светится само, его можно заметить благодаря тому, что оно мешает светить другим. Широко распространённый метод исследования газа в окологалактическом и межгалактическом пространстве состоит в анализе систем линий поглощения в спектрах далёких квазаров. Сам квазар выступает в этом случае в роли фонарика, который светит на межгалактические облака сзади. Вещество облака поглощает часть излучения квазара, и в его спектре появляются линии поглощения тех химических элементов, которым случилось попасть в соответствующее облако.

Фумагалли с коллегами нашли два газовых облака, попавших на луч зрения между нами и парой квазаров, которые добавили в спектры квазаров только линии поглощения водорода и (в одном из двух случаев) дейтерия. Ни углерода, ни кремния, ни магния. Только водород и дейтерий, причём в пропорциях, предсказанных теорией первичного нуклеосинтеза. Этих облаков не коснулась звёздная эволюция, но можно ли считать их догалактическими? Вряд ли! Во-первых, они недостаточно массивны (всего порядка миллиона солнечных масс). Во-вторых, они видны в свете более далёкого квазара, а квазар — это активное ядро галактики, которая во времени существовала раньше этих облаков.

Ещё одно похожее открытие попало в новости совсем недавно. Себастьяно Канталупо (Кембриджский университет, Великобритания) и его коллеги решили всё-таки зафиксировать собственное излучение водородных облаков, но не радио, а видимое. Если не очень далеко от облака находится мощный источник ультрафиолетового излучения — опять же квазар, это излучение заставит водород в облаке флуоресцировать, переизлучая поглощённое излучение в более длинноволновом диапазоне.

Водородные облака, исследовавшиеся Канталупо и его соавторами, светятся (точнее, светились) в линии Лайман-альфа. Это тоже ультрафиолет (1216 ангстрем), но из-за красного смещения линия переезжает в видимый диапазон и её можно наблюдать при помощи наземного телескопа. Таких флуоресцирующих облаков наблюдатели нашли около сотни, и в десятке случаев им удалось показать, что свечение водорода в облаке вызвано только облучением квазара, а внутренних источников (собственных звёзд) в нём нет. При этом облака обладают солидными массами — в миллиард солнц. Это примерно то, что мы ожидали бы увидеть в догалактических облаках. Но существенно раньше, а не в окрестностях уже существующего квазара!

И облака Фумагалли, и облака Канталупо не предшествуют галактикам, но сосуществуют с ними в одну и ту же эпоху, примерно через два-три миллиарда лет после Большого Взрыва. Что-то заставило их соблюсти себя в строгости и невзрачности, в то время как другие облака вовсю превращались в галактики и обзаводились звёздным потомством (нужно отметить, что возможность существования таких «спящих галактик» предсказывалась уже давно). Почему же одни облака превращаются в звёзды, а другие на многие миллиарды лет остаются в девицах?

И ещё один вопрос: остаются ли они пассивными навечно, или же их переход в галактики лишь задерживается, но не отменяется совсем? Во втором случае интересно поискать эти запоздавшие галактики вокруг нас. И они, кажется, существуют! И вблизи, и вдалеке от нас есть галактики-карлики с низким содержанием тяжёлых элементов. Их массы близки к массам облаков Фумагалли, а возраст (как будто бы) существенно меньше возраста Млечного Пути. Значит, сон межгалактических водородных облаков всё-таки не вечен. Миллиарды лет они темны и потому почти незаметны, но потом что-то возмущает их спокойствие, и они начинают обычную галактическую жизнь. А нам остаётся только смотреть на них и радоваться, что благодаря этой задержке мы можем наблюдать молодость галактик в наших непосредственных окрестностях.

Не всё ладно с этой радостью, но об этом как-нибудь в другой раз.

К оглавлению