Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 117 Страница 7

Приезжаем мы и видим два пруда, разделённые плотиной и расстоянием в несколько десятков метров. Я вселил жаб в нижний; они в нём просто кишат. Нерест только начинается, и с облесненных склонов балки, где расположены пруды, к ним спускаются новые и новые жабы. На пути некоторых из них лежит верхний пруд. Они залезают в него, плывут в направлении нижнего пруда, забираются на разделяющую пруды плотину и, наконец, попадают на свою малую родину. Некоторые самки идут сами; другие уже встретили самцов и тащат их на себе. Удачливые самцы запускают дозревание икры. Редко, но случается так, что самка начинает нереститься, ещё находясь в верхнем, «транзитном» пруду. Не успела, что поделаешь!

Зато головастики этой пары запечатлеют как родину уже новый пруд. И если где-то рядом есть водоём, через который они, став жабами, вынуждены будут перебираться, они со временем заселят и его тоже.

А теперь я перехожу к главной мысли своей колонки. Пришла она к нам не сразу. Вначале мы просто обратили внимание, насколько крупны самки жаб в недавно заселённых местообитаниях и насколько мелки самцы. Смотрите.

Первая фотография сделана в одном из новых местообитаний. Для жаб, как и для многих других гадов, вообще характерны более крупные размеры самок, но размеры этой пары чрезмерно непропорциональны. Самка очень велика, самец — мелок.

А следующая фотография сделана на Иськовом пруду. И самка помельче, и самец (по крайней мере верхний) вполне пропорционален по размеру. А сзади — другой самец, захватчик. Им предстоит нелёгкая борьба за самку.

При измерении достаточных по размеру выборок стало ясно, что в «молодых» популяциях самцы значимо мельче, чем в старых, а самки, наоборот, значительно крупнее (см. рис. 2 здесь).

Теперь понятно, почему в местообитаниях, где численность жаб стабильно высока, мелкие самцы не участвуют в нересте. Показано, что шансы на победу самца пропорциональны его размерам (а значит, и силе). Борьба между ними идет всерьёз.

Там, где мужская конкуренция сильна, у мелкого самца почти нет шансов оплодотворить кладку. Даже если он встретит самку первым, его с неё всё равно хоть кто-нибудь да скинет. А вот там, где жабы только-только появились и плотность их населения невелика, мелкому самцу может повезти. Если он встретит свободную самку, он может просто не столкнуться с более сильными конкурентами.

Итак, мы предположили, почему в «молодых» местообитаниях серых жаб на нересте встречаются более мелкие самцы. А почему же там растут размеры самок? Для ответа на этот вопрос нужны точные данные по скорости роста, плодовитости и продолжительности жизни жаб в сравниваемых популяциях. Должен вам сказать, что получение надёжных оценок этих важнейших характеристик популяций диких животных — весьма трудоёмкая задача.

Не буду торопить события; данные по изучению возраста и темпа роста жаб из изученных нами популяций ещё не опубликованы. Обойдусь лишь ссылкой на общесистемные закономерности да упомяну наши результаты, полученные на лягушках.

Общесистемные соображения основываются на том, что сложную систему с нелинейными внутренними взаимосвязями невозможно оптимизировать сразу по нескольким разным параметрам. Тут можно сослаться на так называемое правило Метью-Кермака (Matthew-Kermak principle). Среди биосистем из однородного множества (например, организмов в популяции) высокий уровень приспособленности к одному фактору оказывается связаннным с низкой приспособленностью к другим. Это правило можно рассматривать как пример закона сохранения в биосистемах. Можно также говорить о трейд-оффе (trade-off): необходимости выбора между оптимизацией параметров, связанных отрицательными корреляциями. Звучит, конечно, сложновато, но отражает вполне доступную мысль. Давайте я лучше процитирую лучший учебник по экологии, переведённый на русский язык:

"Легко описать гипотетический организм, имеющий все признаки, необходимые для достижения высокой репродуктивной ценности. Он размножается почти сразу же после рождения, дает многочисленное, крупное, защищённое потомство, о котором заботится; он размножается многократно и часто на протяжении долгой жизни; он побеждает в конкурентной борьбе, избегает хищников и легко добывает пищу. Описать такое существо легко, но представить трудно просто потому, что невозможно одновременно расходовать все свои ресурсы и на размножение, и на выживание <...> Уже здравый смысл говорит о том, что реальный образ действий и жизненный цикл организма должны отражать компромиссное распределение доступных ресурсов".

Тут для меня особенно интересна мысль о том, что быстрый переход к производству многочисленного потомства не согласуется с долгой жизнью; приоритет в расходовании ресурсов может быть связан или с размножением, или с выживанием.

Теперь о лягушках. На срезах трубчатых костей лягушек и жаб сохраняются тёмные линии, образующиеся во время зимовок. Они отдалённо напоминают годовые кольца на стволах деревьев. Определяя возраст лягушек, мы убедились, что самые крупные особи не являются самыми старыми, а самые старые — далеко не самые крупные. Это нелегко согласовать с широко известным фактом, что и лягушки, и жабы растут всю жизнь. Мы и сами это видим на срезах их костей! Сколь ни стара будет лягушка или жаба, всё равно она будет год от года увеличивать свой размер, сохраняя об этом свидетельства в собственных костях.

Вот тут лягушки разделены на две группы: «молодых» (на пятом году жизни) и «старых» (старше шести). Среди «молодых» некоторые на четвёртом году жизни росли быстро, некоторые — медленно. Почти все «старые» на том же самом четвёртом году росли медленно. Задумайтесь: те, кто росли быстро, не дожили до попадания в число «старых»!

Итак, среди лягушек есть бысторастущие (живущие недолго) и долгоживущие (но медленно растущие). А можно назвать эти стратегии словами, которые используются в рыбоводстве и семеноводстве, — скороспелостью и тугорослостью. Только слова эти надо понимать не как два аспекта одной стратегии (а иногда их употребляют именно так), а как обозначение двух альтернатив. Вот как я понимаю ситуацию.

Тугорослые жабы оптимизированы для высококонкурентной среды. Они растут медленно, созревают поздно и нерестятся много раз за свою долгую жизнь. Они максимизируют количество потомства, которое можно произвести в течение многих лет.

Скороспелые жабы приспособлены к малоконкурентной среде. Они растут быстро, созревают рано, но нерестятся небольшое количество раз, поскольку живут недолго. Они максимизируют количество потомства, которое можно произвести за ближайшие годы.

Эти две стратегии отличаются друг от друга временнЫм горизонтом «планирования»!

Ну а о том, что из этого следует и какое это имеет отношение к нашей жизни, — как-нибудь в другой раз.

К оглавлению

Дмитрий Вибе: Грядёт просветление?

Дмитрий Вибе

Опубликовано 20 апреля 2012 года

Тёмное манит и завораживает. Темнота — друг молодёжи. Нас тьмы, и тьмы, и тьмы. В кино циничные остроумные Тёмные зачастую более симпатичны, чем правильные занудные Светлые. Несмотря на многочисленные астрофизические загадки, связанные со светящимся веществом, воображение сильнее волнует тёмная материя. Разбор нестыковок с излучением кажется не более чем уточнением уже известных деталей, темнота же обещает приоткрыть дверь в новую физику.

Неудивительно, что исследованиям тёмной материи (ТМ) посвящено огромное количество статей, публикуемых в профессиональной литературе. (Кстати, по-русски, наверное, правильнее говорить «тёмное вещество», однако Гугл даёт на порядок больше ссылок по запросу «тёмная материя», что есть калька с английского «dark matter».) Как можно исследовать то, что не светится, если единственный источник информации в астрономии — электромагнитное излучение? Да так же, как и многое другое, — по косвенным признакам.

Напомню вкратце суть проблемы. Основным фактором, двигающим предметы на больших масштабах, в нашей Вселенной является гравитация. Наблюдая за движением тел, можно делать выводы о гравитационном поле, в котором они движутся, и о массе, которая порождает это поле. Так вот, в целом ряде случаев гравитационное поле как будто бы есть, а источник его увидеть не удаётся. В частности, движение звёзд в галактиках и галактик в скоплениях происходит со скоростями, сильно не соответствующими распределению «светлого» вещества, которое можно наблюдать непосредственно. Отсюда и возникает предположение о наличии ещё и «тёмного» вещества, которое само не светится, но проявляет себя через гравитационное воздействие на светящиеся тела.