Готовый перевод Climbing Mount Improbable / Поднимаясь на пик невероятного: CHAPTER 2 Silken Fetters. \ ГЛАВА 2 Шелковые путы.

ГЛАВА 2
Шелковые путы.

ХОРОШИЙ СПОСОБ УПОРЯДОЧИТЬ НАШЕ ПОНИМАНИЕ ЛЮБОГО живого существа - это представить, причудливо и с чем-то большим, чем поэтической вольностью, что оно (или, если вы предпочитаете, гипотетический «дизайнер» существа) сталкивается с рядом проблем или задач.

Сначала мы излагаем начальную проблему, затем мы думаем о возможных решениях, которые могли бы иметь смысл.

Потом мы смотрим на то, что на самом деле делают существа.

Это часто принуждает нас замечать новую проблему, стоящую перед животными этого вида, и цепочка продолжается.

Я поступил так во второй главе "Слепого Часовщика" в отношении летучих мышей и их сложных эхолокационных методов.

В этой главе я буду следовать той же стратегии, говоря о паутинах.

Обратите внимание, что прогрессия проблемы, приводящей к проблеме, не должна рассматриваться как проходящая по жизни одного животного.

Речь идет о временной прогрессии на всей временной эволюционной шкале, но иногда может быть не временная, а логическая прогрессия.

Наша фундаментальная задача состоит в том, чтобы найти эффективный метод ловли насекомых для еды.

Один из возможных вариантов - решение стрижа.

Взлететь самому, как добыча.

Летать очень быстро с открытым ртом, точно нацеливаясь острыми глазами.

Этот метод работает для стрижей и ласточек, но поглощает дорогие вложения в средства высокоскоростного полета и маневрирования, и в высокотехнологичные системы управления.

То же самое верно для решения летучей мыши, которое является ночным аналогом использования звукового эха вместо световых лучей для локации летящих предметов.

Совершенно иной вариант - решение "сидеть и ждать".

Богомолы, хамелеоны и отдельные ящерицы, эволюционировавшие независимо и конвергентно, чтобы быть похожими на хамелеонов, добиваются успеха в этом решении благодаря исключительной маскировке и мучительно медленным, скрытным движениям, прежде чем нанести последний, быстрый удар лапой или языком.

Сфера охвата языка хамелеона позволяет ему ловить мух везде в пределах радиуса, сравнимого с длиной его собственного тела.

Радиус досягаемости зацепляющих лап богомола пропорционален величине того же порядка.

Вы могли бы подумать, что этот проект мог бы быть улучшен благодаря еще большему увеличению радиуса захвата.

Но создание и содержание языка и лап, которые намного длиннее собственного тела, было бы чрезмерно дорого: дополнительные мухи, пойманные ими, их не оплатили бы.

Можем ли мы придумать более дешевый способ расширить область досягаемости или радиус захвата?

Почему бы не построить сеть?

Сети должны быть сделаны из некоторого количества материалов, и они будут не бесплатны.

Но в отличие от языка хамелеона, материал сети не должен двигаться, поэтому не требует объемистой мышечной ткани.

Она может быть тонкой и легкой, и поэтому, с малыми затратами, ее можно сплести, покрыв намного большую площадь.

Если бы вы взяли мясной белок, который в других случаях использовался бы в мускулистых лапах или языке, и переработали его в шелк, он бы охватил очень большую область, намного большую, чем язык хамелеона.

Нет причины, почему бы паутине не занимать область в 100 раз больше тела, при том, что она сделана экономно из выделений маленькой железы на теле.

Шелк является распространенным продуктом среди членистоногих (большой раздел животного мира, к которому принадлежат и насекомые, и пауки).

Гусеницы пядениц привязываются к дереву единственной нитью этого материала.

Муравьи-портные сшивают листья, используя шелк, который выделяют их личинки, держа их в челюстях как живой ткацкий челнок (рисунок 2.1).

Многие гусеницы заворачиваются в кокон из шелка, перед тем как превратиться в крылатого взрослого.

Гусеницы-коконопряды окутывают свое дерево паутиной.

Один одомашненный шелковичный червь прядет около мили шелка, когда строит свой кокон.

Но хотя шелковичные черви служат основой нашей собственной шелковой промышленности, именно пауки являются настоящими виртуозами в выработке шелка в животном мире, и удивительно, что шелк пауков не использовался человечеством в большем количестве.

Он используется для создания точных визиров в микроскопах.

В своей прекрасной книге "Self-Made Man" зоолог и художник Джонатан Кингдон делает предположение, что шелк паука мог вдохновить детей рода человеческого к изобретению одного из самых жизненно важных изделий в технологии, веревки.

Птицы также отдают должное хорошему качеству паучьего шелка как материи: 165 видов (принадлежащих к двадцати трем отдельным семействам, что говорит о том, что он был открыт независимо множество раз) известны тем, что используют паучий шелк при постройке своих гнезд.

Типичный паук-кругопряд, садовый паук-крестовик Araneus diadematus, производит шесть различный разновидностей шелка выпускными отверстиями на конце тела, создавая их отдельными железами в своем брюшке, и переключается между разными типами для выполнения разных задач.

Пауки использовали шелк задолго до того, как у них развилась способность строить круглые сети.

Даже пауки-скакуны, никогда не плетущие паутину, подпрыгивают в воздух на шелковой страховочной веревке, присоединенные, как альпинисты, к самой последней надежной опоре.

Таким образом, шелковая нить издревле имеется в наборе инструментов паука, и она как нельзя лучше подходит для плетения сети для ловли насекомых.

Мы можем думать о паутине как о средстве быть во многих местах одновременно,

В своем масштабе, паук подобен ласточке с очень широко разинутым ртом.

Или хамелеону с языком в сорок футов.

Паутина очень экономична.

В то время как мышцы языка хамелеона, безусловно, составляют значительную долю веса его тела, вес шелка в паутине - все двадцать метров паутины в больших сетях - представляют собой менее чем тысячную часть веса тела паука.

Более того, паук перерабатывает шелк после использования, съедая его, поэтому впустую почти ничего не пропадает.

Но технология сетей ставит собственные проблемы.

Нетривиальная проблема для пауков в паутине - убедиться, что добыча, после того, как врежется в сеть, увязнет в ней.

Есть две опасности.

Насекомое может легко порвать паутину и пролететь сквозь нее.

Эту проблему можно было бы решить, сделав шелк очень эластичным, но это усугубляет вторую из двух опасностей: насекомое теперь отскакивает от паутины, как от батута.

Идеальный шелк, волокно, о котором мечтают химики-исследователи, мог бы сильно растягиваться, чтобы поглотить удар быстро летящего насекомого; однако, наряду с этим, мог бы избегать эффекта батута, мягко амортизируя при отскоке.

По крайней мере, некоторые разновидности паучьего шелка обладают именно этими свойствами, благодаря замечательно запутанной структуре самого шелка, которую прояснил профессор Фриц Волларт и его коллеги из Оксфорда, а теперь из Орхуса, Дания.

Шелк, укрупненно показанный на рисунках 2.2 и 2.3, на самом деле намного длиннее, чем кажется,

поскольку большая часть его длины свернута внутри водянистых гранул.

Он похож на ожерелье, бусинки которого содержат в себе смотанный излишек нити.

Намотка осуществляется механизмом, полностью не изученным, но результат не оставляет сомнений.

Нити паутины способны растягиваться в десять раз от их длины в состоянии покоя, и они также достаточно медленно стягиваются, чтобы добыча не отскочила от паутины.

Следующим свойством, которое необходимо шелку, чтобы не дать добыче убежать, является липкость.

Вещество, покрывающее шелк в наматывающих системах, о которых мы только что говорили, не просто водянистое.

Оно также липкое.

Одно прикосновение, и насекомому трудно вырваться.

Но не все пауки добиваются липкости одним и тем же способом.

Другая группа, называемая мелкосетчатыми пауками, производит многопрядный шелк специальной шелковой пушкой, называемой крибеллум.

Затем паук прочесывает многопрядный шелк, пропуская его через специальный гребень, установленный на своей голени.

Многопрядный шелк, вычесанный таким способом, выдувается спутаной гущей (рисунок 2.4).

Сплетение слишком мелкое, чтобы увидеть его невооруженным глазом, но как раз подходящего размера, чтобы зацепить лапу насекомого.

Расчесанные "мелкосетчатые" нити ведут себя так, как если бы они были липкими, подобно клейким нитям, которые мы обсуждали раньше.

Просто они достигли своей липкости другим способом.

В одном аспекте мелкосетчатые пауки имеют преимущество.

Их нити дольше остаются липкими.

Не чешущие, использующие клей пауки должны заново восстанавливать свою клейкую паутину каждое утро.

В это трудно поверить, но эта работа может занимать меньше часа времени, и каждая минута на счету, когда вы сталкиваетесь с естественным отбором.

Но теперь липкие нити представляют собой новую и ироническую проблему.

Смазаны ли они клеем или сплетены расчесыванием, нити, достаточно липкие, чтобы поймать в западню насекомое, трудно преодолеть самому пауку.

У паука нет волшебной неуязвимости, но эволюционные технологии предложили комбинацию частных решений проблемы "гола в свои ворота".

Лапы паука, использующего клей, смазаны специальным маслом, в некоторой степени предохраняющим от прилипания.

Это было продемонстрировано окунанием лапок паука в эфир, который удаляет масляный защитный слой, а вместе с ним и защиту.

Второе частное решение, принятое пауками - сделать некоторые нити не липкими, а именно главные радиусные нити, которые расходятся от центра паутины.

Сама паучиха бегает туда и сюда по этим главным радиусам, используя особые видоизмененные лапки, оканчивающиеся когтями, чтобы хвататься за тонкие нити.

(Самцы пауков также строят паутину.

Чтобы истолковать мой сексистский язык, см. стр. 40).

Она избегает липкой спирали, которая вьется поверх строительных лесов, создаваемых радиусными нитями.

Этого добиться легко, поскольку она обычно сидит и ждет в центре паутины, таким образом, кратчайшее расстояние до любой точки паутины в любом случае проходит вдоль радиуса.

Давайте теперь обратимся к ряду проблем, с которыми обычно сталкивается паучиха, строя свою паутину.

Не все пауки одинаковы, и, поскольку это имеет значение, я взял обычного садового паука Araneus diadematus в качестве типичного представителя.

Наша (паучихи) исходная проблема - как проложить первую радиусную нить через промежуток, скажем, между деревом и скалой, где должна быть размещена паутина.

Как только промежуток будет перекрыт этой жизненно важной первой нитью, паучиха сможет использовать ее как мост.

Но как построить первый мост?

Способом пешехода было бы спуститься вниз, в обход, и снова назад, вверх, таща за собой веревку.

Пауки иногда так делают, но существует ли более впечатляющее решение этой проблемы?

Давайте запустим бумажного змея.

Могли бы мы как-то использовать легкость и летные качества самого шелка?

Да.

Именно так делает паучиха, если есть достаточный ветер.

Она выпускает одну нить с крошечным, плоским шелковым парусом или бумажным змеем на конце.

Она ловит ветер и запускает змея.

Бумажный змей липкий, и, если он случайно окажется на твердой поверхности по другую сторону промежутка, он прилипнет.

Если змей не приходит в соприкосновение, паучиха вытаскивает его обратно, утилизирует драгоценный шелк, поедая его, и делает новую попытку с новым змеем.

В конечном счете, надежный мост перебрасывается через пустое пространство, и паучиха закрепляет свой конец нити, приклеивая его.

Мост теперь готов для переправы.

Этот первый мост навряд ли будет хорошо натянут, поскольку длина нити будет случайной: она не сделана по заказу для конкретного промежутка.

Паучиха может теперь либо укоротить ее, сделав одним из краев паутины, либо притянуть ее книзу в виде буквы V, создав две главных радиусных нити паутины.

Проблема здесь в том, что хотя нить можно стянуть в букву V, V вряд ли будет достаточно глубокой, чтобы создать две приличные, длинные радиусные нити.

Сама паучиха решает эту проблему так: она не изменяет сам мост, а использует его в качестве опоры, пока меняет его новой, более длинной нитью.

Вот как она это делает.

Стоя на одном конце моста, она начинает выпускать новую веревку из своей задней части, и прочно ее закрепляет.

Затем она разъединяет существующий мост, перекусывая его, и все еще держа отрезанный конец лапой.

Она переходит на другую сторону, поддерживаемая остатками обрезанного моста спереди, и своей новой веревкой, которую она разматывает сзади.

Она является живым звеном своего нового моста, размеренно переходя через его пролет.

Что касается части первоначального моста, которую она уже пересекла, она выполнила свое назначение, поэтому паучиха ее съедает.

В этом удивительном стиле, поедая свой старый мост, как только она его прошла, и создавая новый позади себя, она переходит с одной стороны на другую.

Кроме того, ее задняя часть разматывает шелк быстрее, чем ее передняя часть его поедает.

Поэтому ее новый мост, в тщательно контролируемом стиле, длиннее старого.

Теперь, прочно закрепленный с обоих концов, он провисает на нужное расстояние, чтобы быть подтянутым в букву V и сформировать основу паутины.

Чтобы это сделать, паучиха движется обратно в центр нового моста и собственным весом растягивает ее из провисшей кривой в туго натянутую V. Две ветви V хорошо расположены, чтобы сделаться двумя главными радиусами паутины.

Можно почти не сомневаться, какой следующий радиус будет построен.

Разумеется, было бы хорошей идеей опустить перпендикуляр из вершины V, с тем чтобы надежно закрепить будущую основу на своем месте снизу, и удерживать V туго натянутой, даже когда в этом месте не будет собственного веса паучихи.

Паучиха закрепляет новую нить в вершине V и разматывает ее вниз, как отвес к земле или какой-то другой подходящей поверхности, к которой она привязывает вертикальную нить.

Три главных радиусных нити паутины теперь четко на месте, и она похожа на Y.

Следующие две задачи - добавить оставшиеся радиусные нити, исходящие из центра, и наружный каркас по краю.

Паучихе часто удается изобретательно совмещать во времени эти две задачи, используя потрясающе хитроумную технику обращения с двойными или даже с тройными нитями, которые позже расплетаются, когда паучиха идет по существующим радиусам.

В первоначальном варианте этой главы я конкретно разъяснял, как выполняются эти замысловатые, волшебные петли, но от этого разъяснения у меня голова шла кругом.

Затем один из моих редакторов пожаловался, что у него голова идет кругом, когда он это читает, и я неохотно согласился это опустить.

Итог этой фазы действий паучихи - полный круг с двадцатью пятью или тридцатью радиусами (число изменяется от вида к виду, и от особи к особи), и готовый основной каркас паутины.

Но паутина все еще, подобно велосипедному колесу, представляет собой большей частью пустое пространство, через которое мухи могут беспрепятственно пролетать.

Даже если бы муха попала на одну из этих нитей, она бы не была поймана, потому что нити не клейкие.

Что теперь нужно - это множество нитей, проходящих через радиальные спицы.

Есть различные способы, которыми они могут быть вставлены.

Например, паучиха могла бы заниматься каждым промежутком между радиусами по очереди, делая зигзаги из стороны в сторону по мере движения от центра к краю, затем разворачиваясь и заполняя следующий промежуток, и так далее.

Но это предполагало бы многократное изменение направления, а на изменение направления растрачивается энергия и время.

Наилучшее решение - кружиться в паутине по спирали, и именно это пауки в основном и делают, хотя они при этом изредка делают петли.

Но, делаете ли вы зигзаги или движетесь по спирали, существуют другие проблемы.

Прокладка липких нитей, которые собственно выполняют работу по ловле насекомых, требует высокой точности.

Зазоры в сети должны быть выдержаны.

Расположение точек пересечений с радиальными нитями должно быть точно установлено, чтобы радиусы не спутывались в ужасной неразберихе, оставляя дыры, через которые пролетает добыча.

Если бы паучиха пыталась добиться этого точного расположения, балансируя исключительно на радиусных нитях, она растягивала бы их своим весом, теряя точность, и липкая спиральная нить была бы присоединена в неправильном месте и с неправильным натяжением.

Кроме того, ближе к наружному краю паутины промежутки между радиусными нитями во многих случаях будут слишком большими для паучьих лап, чтобы их соединить.

Обе эти проблемы можно было бы редуцировать, начиная спираль из центра и разматывая ее наружу.

Возле центра промежутки узкие, и радиусные нити менее подвержены растяжению весом паучихи, поскольку поддерживают одна другую.

По мере того, как вы раскручиваете спираль наружу, промежутки между радиусными нитями неизбежно становятся шире, но ничего: когда вы прокладываете каждый круг спирали, предыдущий, внутренний круг служит вспомогательной опорой посреди расширяющихся промежутков.

Но беда этой идеи в том, что нити такого типа, которые пригодны для ловли насекомых, очень тонкие и эластичные.

Они не окажут большой поддержки.

Когда, в конечном итоге, вся спираль готова, паутина довольно крепкая, но в процессе строительства мы говорим о незавершенной, и поэтому слабой паутине..

Это главная проблема при прокладке хорошей, улавливающей спирали, но она не единственная.

Вспомните, что, хотя радиальные нити не клейкие и сравнительно удобные для лап паучихи, мы теперь перешли к обсуждению липкого шелка, специально разработанного, чтобы ловить добычу.

Мы уже видели, что пауки не вполне защищены от прилипания к своей собственной паутине.

Даже если бы они не прилипали, использование каждого витка спирали в качестве моста при постройке следующего витка может отчасти лишить ее драгоценной липкости.

Поэтому, хоть и кажется, что хорошая идея - строить липкую спираль от центра к краю, идя по предыдущему витку, она может быть, в буквальном и переносном смысле, ловушкой.

Паучихе по силам эти трудности.

Ее решение - это решение, которое могло бы прийти в голову строителю-человеку: временные леса.

Она действительно строит спираль от центра к краю.

Но это не окончательная, липкая ловчая спираль.

Это особая, временная спираль, которую она использует лишь один раз, чтобы впоследствии облегчить строительство липкой спирали.

Временная спираль не липкая, и ее промежутки гораздо шире, чем у окончательной, липкой спирали.

Она не годится для ловли насекомых.

Но она крепче, чем будущая липкая спираль.

Она укрепляет и поддерживает паутину, и дает паучихе гарантию безопасности между радиусными нитями, когда она наконец доходит до строительства настоящей, липкой спирали.

Временная спираль делает лишь семь или восемь оборотов вокруг паутины, чтобы от центра достичь края.

Завершая ее, паучиха выключает свои нелипкие шелковые железы и обнаруживает солидный арсенал: краны, которые специализируются только на смертоносно липком шелке.

Она возвращается своим спиральным путем от края к центру, перемещаясь более компактными и более равномерно расположенными витками, чем во время рейса наружу.

Она использует временную, вспомогательную спираль не только в качестве лесов и опоры, но и как визуальный (на самом деле тактильный) ориентир.

Передвигаясь, она обрезает вспомогательную спираль ячейка за ячейкой, после того как ячейка выполнит свое назначение.

Пересекая каждую радиусную нить, новая, великолепная, липкая спираль аккуратно соединяется с ней, часто изящными узлами, напоминая мелкую проволочную сетку или рыбацкую сеть.

Кстати, временные леса не растрачивают шелк, поскольку их фрагменты остаются прикрепленными к радиусным нитям, где позже поедаются вместе с остатками паутины, когда паучиха впоследствии их снимает.

Она не ест вспомогательный шелк сразу же, предположительно потому, что снимать отдельные фрагменты с радиусов было бы тратой времени.

Когда паучиха достигает центра в своем путешествии к центру спирали, паутина почти готова.

Нужно сделать некоторую корректировку натяжения: точная работа, требующая опыта, немного похожая на настройку струнного инструмента.

Она стоит в центре и легонько дергает лапами, чтобы почувствовать натяжку, некоторые нити немного растягивает или укорачивает, если считает необходимым, затем поворачивается и повторяет маневр под другим углом.

Некоторые пауки сращивают перепутанные участки вязки вблизи центра, которые могут быть использованы для точной настройки натяжки в паутине.

Упоминание струнных инструментов вынуждает сделать маскулинное отступление.

В этом рассказе я говорил о паучихах, не потому, что самцы не строят паутину - они строят, даже новорожденные паучата могут построить миниатюрную паутину - а потому, что самки больше и более заметны.

Больший размер самок в паре с фактом, что пауки любого возраста и пола имеют тенденцию поедать все, что движется, и что меньше их самих, создает для самцов проблемы.

Пауки являются пищей для жуков, муравьев, многоножек, жаб, ящериц, землероек и многих птиц.

Целые группы ос специализируются на ловле одних лишь пауков и скармливают их своим личинкам.

Но, вероятно, наиболее опасными хищниками для пауков являются другие пауки, и они не признают видовых границ.

Любой паук, который отважится приблизиться к паутине большего паука, пребывает в смертельной опасности, но это та опасность, с которой самцу придется встретиться, если он делает то, что должен.

То, как самец справляется с этой проблемой, варьирует от вида к виду.

В некоторых случаях он заворачивает муху в шелковый сверток и дарит ее самке.

Он ждет, пока ее хелицеры надежно погрузятся в муху, перед тем как он начнет работать с ней своими половыми органами.

Самцы без пакета с мухой могут быть съедены.

С другой стороны, самцы иногда отделываются, подарив пустой пакет, или выхватив пищу из челюстей паучихи и скрывшись с ней после спаривания, вероятно, чтобы предложить ее другой самке.

У других видов самцы полагаются на факт, что сразу после того, как паучиха линяет и до того, как ее новый панцирь затвердеет, она более или менее беззащитна.

Вот тогда и приходит (если приходит) время любовных связей самцов пауков, и у нескольких видов копуляция не происходит ни в какое другое время, кроме как сразу же после того, как самка полиняла, и когда она мягкая и покладистая, или, по крайней мере, обезоруженная.

Другие виды используют более привлекательную технику, ту, что побудила меня сделать это отступление.

Пауки, плетущие сети, обитают в мире шелковых растяжек.

Шелковые веревки вроде дополнительных конечностей, поисковых антенн, и почти как глаза и уши.

События воспринимаются посредством языка натяжки и ослабления, растяжения и стягивания, перемещения баланса натяжения.

Сердечные струны самки сделаны из туго натянутого, крепкого шелка.

Если самец желает ухаживать за ней и избежать, или по крайней мере отсрочить, быть съеденным, он должен лучше всех играть на этих струнах.

У самого Орфея не было лучшей причины.

В некоторых случаях самец становится прямо на кромке сети паучихи и щиплет паутину, как щиплют струны (рисунок 2.5).

Это ритмичное подергивание - нечто такое, чего никогда не делают жертвы-насекомые, и, похоже, оно умиротворяет самку.

У многих видов самец увеличивает дистанцию до паутины самки, присоединив к ней собственную особую "брачную нить".

Он подергивает эту особую струну, как джазмен однострунный контрабас.

Колебания передаются по брачной нити и резонирует в паутине самки.

Они подавляют, или задерживают, природное влечение к питанию и соблазняют ее пройти вдоль брачной нити к источнику подергиваний, где и происходит спаривание.

Окончание этой истории не всегда счастливо для бренного тела самца, но его бессмертные гены уже надежно спрятаны внутри самки.

В мире широко представлены пауки, чьи предки мужского пола погибли после спаривания.

Мир лишен пауков, чьи бы предки вообще никогда не спаривались.

Прежде чем прекратить это обсуждение секса и шелка, как вы расцените следующую историю?

Есть виды пауков, у которых самец связывает самку,

как Гулливера, шелком, перед спариванием с ней (рисунок 2.6).

Есть искушение предположить, что он пользуется преимуществом временно избегать самочьего инстинкта ловли добычи благодаря половому влечению, связав ее, так, чтобы он мог устроить свое бегство, когда вернется ее желание поесть.

Я рассказываю историю, которую слышал: дело в том, что после спаривания самке не трудно стряхнуть свои путы и сбросить седока без посторонней помощи.

Возможно, ритуальные узы служат символическим рудиментарным признаком настоящего связывания у предков.

Или, может быть, самка тянет достаточно долго, чтобы дать убегающему самцу фору.

В конце концов, ему же не нужно, чтобы самка была связана вечно: она должна быть свободна, чтобы отложить яйца, иначе все это опасное предприятие было бы напрасным в генетическом смысле.

Давайте вернемся к главной теме круглой паутины и как она строится и используется.

Мы оставили плетущую сеть паучиху в центре ее паутины в конце процесса строительства, когда она уделяла внимание ее настройке.

Продолжая наш список проблем и их решений, сети, достаточно хорошие, чтобы ловить добычу, также хороши, чтобы позволить самой паучихе пройти от одного края паутины к другому.

Она часто избегает делать большой крюк по кромке паутины, благодаря простому приспособлению "свободная зона".

Это обычно - кольцо вокруг центра, оставляемое без липкой спиральной нити.

У некоторых видов, например, рода Zygiella, у паутины остается свободным единственный радиусный сегмент.

Хотя я представил этот канал как проход с одной стороны паутины на другую, он может быть менее важен для этой цели, чем вы можете подумать, поскольку Zygiella не сидит в центре паутины, как другие пауки.

Она сидит в собственном трубчатом убежище сбоку, по причине, которая приводит меня к следующей проблеме паучихи.

Пауки, как мы видели, не являются неуязвимыми к поеданию, например, птицами.

Если паутина не освещена под определенным углом, или не поблескивает каплями росы, саму ее довольно тяжело увидеть, поскольку она настолько тонкая.

Ее создательница, традиционно сидящая посередине, обычно является наиболее заметным элементом.

Если вы толстый и заметный для птиц, есть много причин сидеть за пределами паутины.

С другой стороны, естественный способ охоты пауков - сидеть и ждать добычу в течение долгого времени, и центр паутины является тем очевидным местом, где имеет смысл сидеть паучихе, поскольку он служит перекрестком всех магистральных дорог из нелипкого шелка.

Такая дилемма вызывает компромисс, и каждый вид идет на компромисс по-своему.

Наша самка Zygiella может сидеть не на паутине, но всегда поблизости.

Она остается в курсе дел с помощью особых сигнальных нитей, идущих из ее убежища к центру.

Сигнальные нити находятся под натяжкой и немедленно передают вибрацию ожидающей паучихе.

Она мгновенно мчится вдоль сигнальных нитей к центру, а затем по той магистральной радиусной нити, которая будет ближе всего к бьющемуся объекту нападения.

Сигнальная нить расположена в самой средине свободного сегмента, о котором я уже упоминал.

Возвращаясь к вопросу о том, почему он свободен, вероятно, наличие лестницы из липких нитей мешало бы паучихе молнией бросаться к центру паутины.

Возможно, сигнальная нить передавала бы вибрационные сообщения менее эффективно, если бы ей мешали перекрестия.

Сидеть полностью за пределами паутины - это компромиссное решение, выбранное Zygiella, которая, несомненно, платит цену за то, что она несколько запаздывает, когда жертва бьется в паутине (если вы задаетесь вопросом, почему скорость важна, мы скоро дойдем до этого).

Другое решение - отсиживаться в центре, но стараться выглядеть как можно незаметнее.

Пауки часто сооружают в центре толстый коврик из шелка, за которым они могут прятаться, или на фоне которого они кажутся незаметными.

Некоторые паутины содержат ленту или ленты из особо плотного зигзагообразного шелка, которые могут отвлекать внимание от самого паука, скрывающегося между ними (также высказывалось альтернативное предположение, что такие полосы на самом деле являются частью приспособления паука для настройки натяжки в паутине).

Некоторые пауки создают особые шелковые украшения в паутине, которые немного похожи на "поддельных пауков", и было предположение, что они служат для отвлечения птичьих клевков.

Однако также было предположение, что они работают совсем по-другому.

Они отражают ультрафиолетовые лучи (невидимые для нас) таким образом, что, для глаза насекомого, они могут выглядеть как участки неба или, другими словами, как дырки.

Я упомянул, что паукам необходимо мчаться к месту событий, как только насекомое попадется в сеть.

Зачем так волноваться?

Почему бы просто не подождать, пока насекомое не прекратит борьбу?

Ответ в том, что борьба насекомых зачастую успешна.

Им иногда удается освободиться, особенно большим, сильным насекомым, таким как осы.

И даже если они не освобождаются, они своими стараниями могут повредить паутину.

Как препятствовать борьбе насекомого, после того как оно изначально попалось - это следующая проблема паучихи.

Основное решение зверски простое.

Устремиться туда, где находится насекомое, и закусать его насмерть, руководствуясь вибрациями от его борьбы.

Если насекомое на мгновенье прекращает борьбу, пока вы его ищете, попытаться обнаружить его, подергивая радиусные нити, нагруженные насекомым.

Добравшись до жертвы, сразу же схватиться с ней и постараться ввести смертельную или парализующую инъекцию нервного яда.

У большинства пауков есть острые, полые клыки с ядовитыми железами (некоторые, такие как знаменитая черная вдова, опасны для нас, но большинство обычных пауков не могут пронзить нашу кожу и, даже если бы могли, у них недостаточно яда, чтобы причинить вред большому животному).

После погружения своих ядовитых клыков в жертву, паучиха обычно выжидает до нескольких минут, пока жертва не прекратит борьбу.

Я описал ядовитые укусы как основной метод подавления борющейся жертвы, но это не единственный метод.

В большинстве других - как мы и ожидали от пауков - фигурирует шелк.

Даже перед нанесением укуса большинство пауков, плетущих сети, заворачивает жертву в особый шелк, чтобы дополнить шелк паутины, который уже опутывает ее конечности и тело.

Если жертва опасна, как оса, паучиха обычно душит ее шелком, обвивая его вокруг жертвы, а затем, наконец, пронзает белый покров хелицерами, нанося ядовитый удар милосердия.

Мотыльки и бабочки, с их огромными, чешуйчатыми крыльями, представляют особую проблему.

Чешуйки легко сбрасываются.

Если взять в руки мотылька, пальцы становятся пыльными от мелкой пудры, состоящей из чешуек.

Сброшенные чешуйки помогают мотыльку ускользнуть из паучьих сетей, поскольку пудра, похоже, нейтрализует липкость нитей.

В опасной ситуации мотыльки обычно складывают крылья и падают на землю.

По этой ли причине, или потому, что его крылья все-таки частично заарканены, так что он не может летать, но когда мотылек выскальзывает из паутины, он часто падает.

Это открывает новые, широкие перспективы для паука, одной из которых он должен воспользоваться.

Майкл Робинсон, нынешний директор Национального зоопарка в Вашингтоне,

и его жена Барбара обнаружили замечательную паутину в джунглях Новой Гвинеи (рисунок 2.7а).

Новогвинейская паутина, оборудованная лестницей, является по существу обычной круглой паутиной, но с протянутой снизу вертикальной полосой длиною в ярд.

Паучиха сидит в центре, вблизи верхнего конца.

Когда мотылек попадает в круглую сеть, у него есть хороший шанс освободиться.

Но новогвинейская паучиха предусмотрела большую длину паутины, в которую может свалиться мотылек.

Дальнейшие трепетания по всей длине паутины помогают израсходовать чешуйчатую пудру, и увеличивают шансы, что мотылек задержится достаточно долго, чтобы позволить паучихе примчаться вниз по лестнице и нанести свой смертельный укус.

Вскоре после открытия Робинсона в Новой Гвинее, его коллега Уильям Эберхард нашел американский аналог в Колумбии (рисунок 2.7б).

То, что эта лестница была изобретена независимо от новогвинейской, подтверждается разницей в деталях: ее центр расположен в нижней части лестницы, а не в верхней.

Но действует она точно так же и, несомненно, по той же причине: оба вида специализируются на поедании мотыльков.

Лестничная паутина, таким образом, является одним из решений проблемы, как воспрепятствовать ускользанию добычи, особенно эффективным против мотыльков.

Другой метод, используемый некоторыми видами пауков - пружинящая ловушка.

Паутина у Hyptiotes не совсем круглая, а сводится к треугольнику только с четырьмя радиусными нитями.

К вершине треугольника присоединена добавочная нить, которая держит всю паутину натянутой.

Но эта главная растяжка не присоединена непосредственно к твердой поверхности, ее держит паучиха.

На самом деле, сама паучиха служит живым связующим звеном с твердой поверхностью.

Она натягивает веревку передними лапами и использует третью пару лап, чтобы держать петлю ослабленной.

Она сидит угрожающе тихо в этой подвешенной позиции, и ждет.

Когда насекомое наталкивается на паутину, паучиха реагирует мгновенно.

Она отпускает ловушку, которая захлопывается над насекомым, и в то же время торопится к ней.

Она может отпустить ловушку в два или три последовательных этапа, выбрав слабину и выпустив следом больше шелка.

Насекомое теперь безнадежно запуталось в ослабленной сети.

Паучиха окутывает жертву шелком еще больше и уносит ее как плотно замотанный пакет.

Только тогда она, наконец, кусает бедное животное, вводя пищеварительные соки и медленно высасывая превращенные в жидкость останки через стенку шелкового свертка.

Треугольная паутина теперь находится в непригодном состоянии, чтобы ее использовать еще раз, и ее нужно перестраивать заново.

Предположительно, Hyptiotes решает ту проблему, что натянутая паутина, хоть и в состоянии сначала поймать насекомое, уязвима к сильному биению.

Если вы насекомое, пойманное липкими нитями, вам легче вырваться на свободу, когда нити натянуты, чем когда они провисают.

Если нити провисают, ничто не сдерживает вас и не мешает вам все больше запутываться в липком шелке.

Как сверхзвуковой самолет, чья оптимальная форма крыльев для взлета отличается от оптимума для быстрого полета, оптимальное натяжение сети паука, чтобы изначально поймать добычу, отличается от оптимального натяжения для ее удержания.

Для некоторых самолетов их проблема дуального оптимума решается через компромисс: сносно справляться с обеими задачами.

Другие - истребители с изменяемой формой крыла - берут максимум в обоих сферах благодаря изменяемой геометрии крыльев, хоть и за счет сложного механизма.

Hyptiotes строит паутину с изменяемым натяжением.

Обычные пауки, плетущие круглую паутину, похоже, выбирают сильное натяжение, которое хорошо при начальном захвате, и полагаются на собственную скорость в пределах паутины, чтобы схватить жертву, прежде чем она сбежит.

Другие пауки, видимо, выбирают противоположное решение, и строят паутину из нитей, которые не туго натянуты изначально (рисунок 2.8).

Pasilobus строит треугольную паутину с единственной нитью, разделяющей главный угол пополам.

Липкие захватывающие нити ограничиваются несколькими свободно висящими петлями.

Хитрой вещью в этих свободных петлях - это прекрасное открытие Майкла и Барбары Робинсон в Новой Гвинее - является то, что они особенно легко освобождаются с одного конца.

Насекомое, такое как мотылек, наталкивается на нить и прилипает к ней, быстро обрывает ее в особом легко рвущимся узле, но остается привязанным с другого конца нити.

Жертва теперь летает по кругу, как игрушечный самолет на веревочке.

Для паучихи теперь легкая задача - вытянуть веревку и расправиться с жертвой.

Преимущество этой конструкции опять-таки может частично быть в том, что насекомое не может высвободиться, поскольку все слишком ослаблено, так что оно не может найти твердую опору.

Или может быть, главным преимуществом быстро отпускающих нитей является то, что возвращает нас к предшествующему пункту нашего списка проблем: как поглотить удар быстро летящего насекомого, чтобы не отбросить его назад, как на батуте.

Как и другие треугольные паутины, по всей вероятности, треугольник Pasilobus является уменьшенным потомком целой круглой паутины.

Во всяком случае, есть другой род, Poecilopachys, который использует тот же принцип быстрого разъединения в полностью круглой паутине.

В этом случае, в отличие от большинства круглых сетей, паутина горизонтальная, а не вертикальная.

Если мы думаем о треугольнике Pasilobus как об упрощенном варианте круга Poecilopachys,

предельным его упрощением в том же направлении является единственная нить паука-болеадора Mastophora (рисунок 9).

Болас (или бола) - это оружие, первоначально изобретенное туземцами Южной Америки, и все еще используемое гаучо для охоты (например) на нанду, больших нелетающих птиц в пампасах.

Оно состоит из груза, такого как пара шаров или камней, на конце веревки.

Его метают в направлении добычи с целью запутать ее ноги и свалить на землю.

Молодой Чарльз Дарвин экспериментировал с болас, сидя верхом, и ухитрился поймать свою собственную лошадь - к удовольствию гаучо, хотя, наверное, не к удовольствию лошади.

Добыча паука-болеадора - всегда самец мотылька семейства Noctuidae, и не случайно.

Самка мотылька Noctuid всегда соблазняет самца на расстоянии, испуская уникальный аромат.

Паук-болеадор влечет мотылька к смерти, синтезируя очень похожее ароматическое вещество.

"Болас" представляет собой увесистый груз на конце единственной нити из шелка, которую паук держит в одной "руке".

Он размахивает болас вокруг, пока не запутает мотылька, а затем притягивает его.

Это гораздо более высокотехнологичная вещь, чем простой мешок с камнями гаучо.

Это фактически туго смотанная шелковая нить в капле воды, как одна из липких бусинок в круглой паутине.

Когда паук швыряет свое болас, шелк автоматически разматывается, точно так же, как разматывается леска рыболова при забрасывании.

Если он попадает в мотылька, тот прилипает и летает кругами.

Конец истории почти такой же, как у паука с легко рвущимися нитями.

Мотылька заматывают и запускают в него зубы.

Паук-болеадор живет в Южной Америке, и есть прекрасная мысль, что у индейцев появилась идея их болас благодаря тому, что они наблюдали его в действии.

Мы наблюдали за модификациями и упрощениями стандартной круглой паутины.

Время вернуться к самой круглой паутине.

В конце предыдущей главы мы подняли вопрос о том, как взять компьютерную модель искусственного отбора, такую как программа биоморфов, и превратить ее в модель естественного отбора, в которой выбор делает слепая природа, а не человеческий глаз.

Мы установили, что у биоморфов был недостаток: в них не было того, что бы соответствовало реальному, физическому миру, чтобы выживать и быть успешными, или не быть успешными в нем.

Мы могли бы представить некоторых биоморфов ведущими себя как хищники; возможно, представить их преследующими других биоморфов, которые ведут себя как жертвы.

Но, кажется, нет естественного, ненадуманного способа определить, какие черты биоморфов будут работать хорошо, или не очень хорошо, при ловле добычи или избегании хищников.

Человеческий глаз может видеть пару истекающих слюной, хищных клыков, растущих с одной стороны биоморфа (рисунок 1.16, стр.33).

Но эти разинутые челюсти, какими бы страшными они не казались нашему воображению, не могут показать себя на практике, потому что они не движутся, не живут в мире реальной физики, в котором их острота могла бы проткнуть реальную раковину или шкуру.

Эти клыки и шкура - лишь пиксельный рисунок на двумерном светящемся экране.

Острота и крепкость, уязвимость и ядовитость, эти качества не имеют содержания на компьютерном экране, помимо придуманных значений, заданных в виде условных чисел программистом.

Вы можете ринуться в компьютерную игру, в которой числа сражаются с другими числами, но графическое обрамление чисел косметическое и излишнее.

"Произвольно" и "надуманно" поразят игрока как излишне мягкие формулировки.

В этом месте в конце предыдущей главы мы, с облегчением, обратились к сети паука.

Это был клочок природы, который можно смоделировать не произвольно.

Круглая паутина в реальной жизни делает свою работу преимущественно в двух измерениях.

Если ячейки паутины слишком крупные, мухи пролетают сквозь нее.

Если ячейки слишком мелкие, пауки-соперники достигнут того же результата ценой меньшего количества шелка паутины, и поэтому оставят больше потомства, которое будет нести более экономичные гены.

Естественный отбор находит эффективный компромисс.

Паутина, нарисованная на экране компьютера, имеет свойства, которые взаимодействуют образом, весьма далеким от непроизвольного, с мухами, нарисованными на том же экране.

Размер ячеек сети - это величина, которая реально кое-что значит на экране компьютера в отношении к размеру компьютерной "мухи".

Общая длина нитей ("цена шелка") - другая такая величина.

Отношение между этими двумя величинами, определяющее эффективность, может быть измерено с приемлемо небольшим допущением искусственности.

Можно даже внести некоторые элементы более утонченной физики в компьютерную модель, и Фритц Фольрат (от которого я многое узнал из того, что написано в в этой главе), со своими коллегами Лорейн Лин и Дональдом Эдмонсом положили этому неплохое начало.

Легче симулировать "эластичность" и "прочность на обрыв" компьютерного "шелка", чем, скажем, симулировать "проворство" в увертывании от компьютерного "хищника" или "настороженность" при его "обнаружении".

Но в этой главе мы касаемся моделей самого поведения плетения паутины.

При написании правил симуляции для компьютерного паука, программист имеет преимущество от множества детальных исследований реальных пауков и правил, которым они следуют, а также их точек принятия решений, отмечающих этапы их поведения.

Профессор Фольрат и члены его международной группы исследования пауков находятся на передовом крае этих исследований и поэтому они как раз те, кто нужен для воплощения этого знания в компьютерной программе.

На самом деле написать компьютерную программу - довольно хороший способ подытожить знания о любом наборе правил.

Сэм Жокки - член этой группы, взявшийся за задачу объединения в компьютерной форме описательной информации о наблюдавшихся движениях пауков при строительстве паутины.

Его программа названа "MoveWatch" [перев. Наблюдение движений].

Питер Фукс и Тьемо Кринк, опираясь на работу Ника Готтса и Алина ап Рхисиарта, сконцентрировали внимание на обратной задаче программирования "компьютерных пауков" для ловли "компьютерных мух".

Их программа названа "NetSpinner" [перев. Мотальщик Сети]

Рисунок 2.10 - картинка движений одного Araneus diadematus из MoveWatch, в процессе постройки им одной конкретной паутины.

Заметьте, что это не рисунки паутин, хотя они на первый взгляд выглядят похожими на паутину.

Перед нами - развертка во времени движений паука.

Она была сделана путем видеозаписи паучихи в процессе постройки паутины.

Её позиция в последовательные моменты времени была занесена в компьютер в виде пары координат на координатной сетке.

Затем компьютер провел линии между последовательными позициями.

Линии "клейкой спирали" (рисунок 2.10e)

например, отражают траекторию паучихи, когда она строила клейкую спираль.

Они не отражают точных позиций какой-либо из шелковых нитей.

Если бы они отражали, они были бы еще более равномерно распределены.

Оказывается, они концентрируются "волнами", отражающими тот факт, что паук использовал временную вспомогательную спираль в качестве опоры, пока строил клейкую спираль.

Эти диаграммы представляют не модели поведения компьютерных пауков.

Они являются компьютерными описаниями поведения настоящих пауков.

Теперь мы обратимся к NetSpinner, второй программе, которая ведет себя как своего рода идеализированный, теоретический паук.

Ее можно заставить вести себя как любой из громадного разнообразия теоретических пауков.

NetSpinner симулирует поведение искусственного паука так же как программа биоморфов симулировала анатомию насекомоподобного существа.

Она строит "паутины" на экране компьютера, используя поведенческие правила, детали которых варьируются под действием "генов".

Как и в биоморфах гены - это всего лишь цифры в памяти компьютера, и они передаются из поколения в поколение.

В пределах каждого поколения эти гены влияют на "поведение" искусственного паука и, следовательно, на форму "паутины".

Например, один ген контролирует угол между радиальными нитями: мутация в этом гене изменит количество радиальных нитей через численное регулирование правил поведения компьютерного паука.

Как и в программе биоморфов, генам дана возможность немного менять свои величины случайным образом по мере смены поколений.

Эти мутации проявляют себя в изменениях формы паутины и поэтому подвержены отбору.

Можно рассматривать шесть паутин на рисунке 2.11 как если бы они были биоморфами (пока игнорируя пятна).

Паутина вверху - родительская.

Другие пять - мутантные потомки.

Конечно, в реальной жизни паутины не рождают паутины; пауки (строящие паутины) рождают пауков (строящих паутины).

Но на самом деле, в некотором важном смысле, то, что я только что сказал здесь о паутинах, может быть сказано и о телах.

Гены (которые строят людей-родителей) порождают гены (которые строят людей-детей).

В данной компьютерной модели гены, строящие родительскую паутину вверху-слева (через их влияние на поведение гипотетического паука, которого мы, на самом деле, не видим на экране) - это гены, которые мутировали, чтобы дать рождение генам, строящим дочерние паутины в пяти других ячейках.

Конечно, мы могли бы выбирать на глаз для продолжения разведения одну из шести, как делали с биоморфами, .

Это бы значило то, что её гены были бы выбраны для передачи (подверженной мутации) в следующее поколение.

Но это был бы искусственный отбор.

Вся суть перехода от биоморфов к паучьим сетям в том, что мы нашли реализуемую возможность симулировать естественный отбор: отбор за счет измеряемой эффективности в деле ловли "мух", а не отбор человеческой эстетической прихоти.

Теперь посмотрите на пятна на рисунке.

Это "мухи", которыми компьютер выстреливал случайным образом в сеть.

Если вы посмотрите внимательно, вы заметите, что один и тот же набор случайно расставленных мух выстреливался во все 6 паутин.

Это такая вещь, которую компьютер, в отличие от реальной жизни, делает все время, если только вы не приложите усилий и не скажете ему не делать этого.

В данном случае это не важно, и это даже упрощает сравнение между паутинами.

Сравнение отчасти обозначает, что компьютер подсчитывает количество мух, "пойманных" каждой из шести паутин.

Если бы это было всё, сеть снизу-справа выиграла бы состязание, поскольку ее липкая спираль охватывает наибольшее количество мух.

Но простое количество мух здесь - не единственная важная вещь.

Есть еще стоимость шелка паутины.

Сеть вверху-посредине использует наименьшее количество шелка, поэтому, если бы это было единственным критерием, она бы выиграла состязание.

Настоящий же победитель - сеть, которая ловит большее количество мух за вычетом функции стоимости, вычисленной из длины шелковой нити.

По этой, более изощрённой калькуляции, победитель - это сеть снизу-в середине.

Именно она выбирается для разведения и передачи генов, которые ее построили, в следующее поколение.

Как и в программе биоморфов, этот процесс разведения от победителей через многие поколения порождает постепенную эволюционную тенденцию.

Но если у биоморфов её направление определялось чисто за счет человеческой прихоти, в случае с NetSpinner направление эволюции автоматически ведется в сторону повышения эффективности.

Это то, на что мы надеялись: компьютерная модель естественного, а не искусственного, отбора.

И что эволюционирует в этих условиях?

На самом деле, вполне оправдывает ожидания то, насколько паутины, возникшие за сорок поколений, подобны настоящим (рисунок 2.12).

Рисунки, которые я показывал до этого, были произведены NetSpinner II, которая в основном является творением Питера Фукса (NetSpinner I была предварительной версией, которую я не буду обсуждать).

Более поздние версии программы NetSpinner, написанные Тиемо Кринком, дают еще одно дополнительное преимущество перед биоморфами в важном аспекте.

NetSpinner III включает половое размножение.

Биоморфы и NetSpinner II размножались только бесполо.

Что это значит, когда мы говорим, что компьютерные пауки имеют половое размножение?

Вы не увидите буквально пауков, спаривающихся на экране, хотя без сомнения, это можно устраивать, вместе с каннибальской кульминацией, время от времени.

Что делает программа, так это устраивает генетические объединения полового размножения, рекомбинацию половины генов одного родителя с половиной генов другого родителя.

Вот как это работает.

В каждом поколении существует популяция или "дем" из полудюжины пауков, каждый из которых плетет сеть.

Форма сети управляется "хромосомой" или цепочкой генов.

Каждый ген работает, влияя на определенные "правила" при строительстве сети, как мы видели выше.

Затем сети обстреливаются "мухами".

Качество сети вычисляется тем же способом, что и ранее, как функция количества пойманных "мух" минус функция потраченного "шелка".

Фиксированная пропорция популяции пауков умирает в каждом поколении, и это те пауки, у которых наименее эффективные сети.

Остальные пауки спариваются друг с другом случайным образом и производят новое поколение пауков.

"Спаривание" значит, что хромосомы двух пауков "выравниваются" и обмениваются своими участками.

Это звучит странно и надуманно, пока вы не вспомните, что это в точности то, что реальные хромосомы, наши с вами, так же как и хромосомы пауков, действительно делают при половом размножении.

Процесс продолжается, и популяция эволюционирует, из поколения в поколение, но с еще одним усложнением.

Существует не просто один дем из шести пауков, а (скажем) три полу-изолированных дема (рисунок) 2.13.

Каждый из этих трех демов эволюционирует изолированно, за исключением того, что время от времени отдельная особь "мигрирует" из одного дема в другой, неся гены с собой.

Мы вернемся к теории, стоящей за этим, в четвертой главе.

В данную минуту мы можем вкратце сказать, что все эти демы эволюционируют в направлении усовершенствования паутин: паутин, экономически более эффективных в ловле мух.

Некоторые паутины могут попадать в эволюционные тупики.

Мигрирующие гены паука можно представить себе как инъекцию свежих "идей" из другой популяции.

Это почти все равно что представить, что успешная субпопуляция "рассылает" гены, которые "предлагают" менее успешной популяции лучший способ, как решить проблему строительства паутины.

В первом поколении во всех трех демах есть широкое разнообразие форм паутин, большинство из которых не особо эффективны.

Как и в бесполом примере на рисунке 2.12, который мы наблюдали,

с течением поколений вариации постепенно стягиваются к лучшей и более эффективной форме.

Но теперь половое размножение обеспечивает то, что "идеи" общедоступны в пределах дема, так что разные представители каждого дема довольно похожи друг на друга.

С другой стороны, они генетически изолированы от других демов, поэтому между демами существуют заметные различия.

В одной точке в одиннадцатом поколении гены двух сетей мигрируют из дема 3 в дем 2, "заражая" его таким образом "идеями" дема 3.

К пятидесятому поколению, на самом деле, в некоторых случаях задолго до него, сети эволюционировали в хорошие, стабильные, эффективные приспособления для ловли мух.

Таким образом, нечто вроде естественного отбора может производиться на компьютере, создавая искусственные паутины, которые более эффективны в ловле мух, чем исходные.

Это по-прежнему не вполне естественный отбор, но это хороший шаг в сторону естественного отбора по сравнению с чисто искусственным отбором в биоморфах.

Но даже NetSpinner - это еще не настоящий естественный отбор.

NetSpinner должен производить расчет, чтобы решить, какие из сетей достаточно хороши, чтобы выводить от них потомство.

Программист должен решить, какую цену назначить единице длины "шелка" в той же валюте, что и цена "мухи".

Программист может по своему усмотрению изменить курс обмена.

Он может, скажем, удвоить "цену" шелка.

Это может уменьшить успешность размножения для более крупных, плотных сетей, которые ради поимки нескольких дополнительных мух немного более расточительны с шелком.

Программист сам должен назначить курс обмена и может выбрать любой коэффициент по желанию.

Это только один из многих таких курсов обмена, не лежащих на поверхности.

Курс, по которому плоть "мухи" преобразуется в паучат, также назначается программистом.

Он мог бы быть другим.

То, как много пауков гибнет по другим причинам, не имеющим ничего общего с тем, насколько хороши их сети, также негласно решается программистом.

Это решение произвольно, и другое решение могло бы привести к другому эволюционному результату.

В реальной жизни никакое из этих решений не произвольно.

Ничто из них, на самом деле, совсем не является решением, и нет никакой вычислительной аппаратуры для их принятия.

Они просто происходят, естественно и без шума.

Плоть мух просто преобразуется в плоть паучат, и курс обмена просто существует.

Если мы потом возьмем и посчитаем его, это наше дело.

Обмен происходит автоматически, не важно, описывает ли кто-либо его в математических экономических терминах или нет.

То же самое справедливо и в отношении курса обмена плоти насекомых в шелк.

NetSpinner, на самом деле, предполагает, что все мухи одинаковы.

В реальной жизни могут быть значительные усложнения в деталях и они также возникают просто и без суеты.

Помимо того, что некоторые насекомые крупнее других, могут быть тонкие качественные отличия.

Предположим, чтобы произвести шелк, нужна конкретная аминокислота, которая имеется в недостатке.

Разные виды насекомых различаются в том, насколько они богаты этой конкретной аминокислотой.

Правильный расчет ценности насекомого тогда должен учитывать то, какого это рода насекомое, помимо того, как оно велико.

NetSpinner мог бы вычислять этот тип эффекта, но это было бы еще одно произвольное вычисление.

В реальной жизни это просто происходит, автоматически и без осмысления.

А вот еще одно осложнение.

Можно предполагать, что еще одна дополнительная муха менее ценна, когда паучиха почти сыта, чем когда она голодна.

NetSpinner игнорирует это, реальная жизнь - нет.

NetSpinner мог бы делать произвольные вычисления, чтобы учесть такое осложнение ситуации.

В реальной жизни оно просто происходит, само собой. Не требуется никакого явно выраженного расчета.

То, на что я хочу указать, так очевидно, что едва ли нуждается в указании, но оно столь важно, что я должен сделать это.

Каждый раз, когда дополнительное осложняющее обстоятельство внедряется в NetSpinner, человеком-программистом должны быть написаны дополнительные страницы компьютерного кода.

Реальная же жизнь, в отличие от этого, характеризуется выраженным отсутствием явных вычислений.

Коэффициент перевода между белками мухи и белками шелка там автоматический.

Факт того, что мухи более ценны для голодающего паука, чем для сытого, не требует дополнительных вычислений.

Было бы удивительно, если бы пища не была бы более ценна для голодного паука.

Мы привыкли рассматривать компьютерную модель как упрощение реального мира.

Но в некотором смысле компьютерные модели естественного отбора - не упрощения, а усложнения по сравнению с реальным миром.

Естественный отбор - предельно простой процесс, в том смысле, что очень немного аппаратуры требуется, чтобы он работал.

Конечно, эффекты и следствия естественного отбора экстремально сложны.

Но чтобы запустить его на реальной планете, все что нужно - это существование наследуемой информации.

Для того, чтобы запустить симулированную модель естественного отбора на компьютере, вам наверняка понадобится эквивалент наследуемой информации, но также еще и многое другое.

Вам нужна будет изощренная аппаратура для подсчета многих стоимостей и выгод и назначенные валюты для пересчета одних в другие.

Более того, вам понадобится задать целую искусственную физику.

Мы выбрали паучьи сети в качестве примера потому, что из всех приспособлений мира природы, они наиболее легко поддаются переводу в компьютерные термины.

Крылья, кости, зубы, когти, плавники, перья: в принципе мы могли бы сделать компьютерные модели всех их, и компьютер мог бы быть запрограммирован оценивать эффективность их вариантов.

Но это было бы удручающе сложной задачей программирования.

Крыло, плавник или перо не может проявлять своего качества вне физической среды, воздуха или воды, с такими свойствами как сопротивление, эластичность и турбулентные вихри.

Их трудно симулировать.

Позвоночник или конечность не могут проявить своего качества, пока не помещены в физическую систему с нагрузками, рычагами и трениями.

Твердость, хрупкость, эластичность на изгиб и сжатие - все должно было быть представлено в компьютере.

Симулировать динамические взаимодействия между множеством костей, сходящихся под разными углами и связанными с помощью сухожилий - очень сложная компьютерная задача включающая произвольные решения на каждом шагу.

Симулировать поток воздуха и турбулентность вокруг крыла - столь трудная задача, что инженеры-аэродинамики часто прибегают к моделям в аэродинамических трубах, вместо того, чтобы симулировать на компьютере.

Однако, я не хочу недооценить работу специалистов по компьютерному моделированию.

Дисциплина "Искусственной Жизни" получила наименование в 1987 году, и я был удостоен чести быть приглашенным на её именины в Лос-Аламос, некогда родной дом атомной бомбы, теперь переориентированный на более конструктивные цели.

Кристофер Лангтон (Christopher Langton), вдохновитель и организатор первой конференции 1987 года и всех последующих, основал журнал по искусственной жизни, первый выпуск которого только что вышел.

Он содержит статьи, которые скрасили пессимизм предыдущего параграфа.

Например, три североамериканца Demetri Terzopoulos, Xiaoyuan Tu и Radek Grzeszczuk написали впечатляющую компьютерную симуляцию рыбок, которые ведут себя как настоящие, взаимодействуют друг с другом в симулированной компьютером воде.

Компьютерный мир, в котором плавают эти рыбки, имеет собственную смоделированную физику, основанную на реальной физике воды.

Большинство усилий программиста тратится на имитацию отдельной рыбки, ведущей себя должным образом.

Затем эта действующая рыбка многократно воспроизводится с некоторыми вариациями, и все они выпускаются в "воду", где они "замечают" друг друга и взаимодействуют.

Например, они избегают "столкновений" друг с другом, а также собираются в "косяки".

Каждая компьютерная рыбка имеет анатомию, построенную на 23 узлах, распределённых в смоделированном трёхмерном пространстве и связанных со своими соседями с помощью 21 "пружинки" (рис. 2.14).

Двенадцать пружинок способны сокращаться: они играют роль "мышц" искусственной рыбки.

Волнообразные плавательные движения настоящей рыбы, включая повороты, моделируются путём контролируемых волн сокращений, проходящих через эти "мышцы".

Рыбка может учиться из своего опыта, улучшать последовательность мышечных сокращений для плавания, поворотов и преследования целей.

Рыбки имеют три переменные своего внутреннего умственного состояния, именуемые "голод", "либидо" и "страх", которые совместно генерируют "намерения".

Намерения включают "есть", "спариваться", "плавать", "уплыть подальше" и "избежать столкновения".

Рыбка имеет два органа чувств: один измеряет "температуру" воды, а другой действует как грубый "глаз", определяя позицию, цвет и размер окружающих объектов.

Для косметических целей скелет из узлов и пружинок покрыт сплошной цветной обёрткой, похожей на чешую настоящих рыб.

Различные виды рыбок, например, хищники и добыча различаются не только различным внешним видом, но также различным поведением (рис. 2.15).

Хищники отличаются от жертв не только по размеру, но и по поведенческим склонностям, весовым коэффициентам для трёх переменных внутреннего состояния и различных "намерений".

Даже с сегодняшними быстрыми компьютерами, между прочим, симуляции подобного рода настолько дорогие с точки зрения компьютерного времени, что искусственный мир, содержащий много взаимодействующих рыбок, не может предоставить правдоподобную иллюзию в реальном времени.

Рыбки плавают и гоняются друг за другом, убегают друг от друга, ухаживают друг за другом в более замедленном темпе времени, чем в реальности, и мы вынуждены прибегнуть к эквиваленту замедленной киносъёмки, если хотим посмотреть на это с обычной скоростью нашей жизни.

Это, однако, по сути не важно в теоретическом смысле. Просто техническая заминка, которая исчезнет с будущими поколениями компьютеров.

Искусственный мир рыбок этих учёных (Terzopoulos, Tu and Grzeszczuk) в компьютерной воде достаточно богат для моделирования эволюции.

Пока, хотя их рыбки и "спариваются", это ограничено только поведением ухаживания: они не размножаются на самом деле.

Очевидный следующий шаг, о котором авторы вполне осведомлены, — организовать "гены", отвечающие за весовые коэффициенты для переменных различного поведения, управляющих мышечными пружинками, и на более высоком уровне, влияющих на переменные ментального состояния рыбки и её намерений.

Спарившиеся самцы и самки могли бы рекомбинировать свои гены, с некоторыми случайными мутациями, чтобы произвести новое поколение, отличающееся по генетическому составу.

И тогда последует эволюция путём естественного отбора, хотя и воспроизведённая, в конечном счёте, в искусственной компьютерной среде.

Возможно, даже не понадобится определять два вида рыбок как хищников и жертв.

Вы могли бы начать с двух видов, отличающихся только размером и совместимостью при спаривании, но не поведением, а естественный отбор мог бы естественным образом привести к тому, что более крупный вид за много поколений
эволюционно развил бы поведение хищника по отношению к более мелкому виду.

Кто знает, какие интригующие капризы искусственной естественной истории могли бы воплотиться на наших глазах?

Я предвижу и с нетерпением ожидаю зарождающуюся область исследований, которой можно дать парадоксальное название "Искусственный естественный отбор".

И всё-таки, есть определенный смысл в котором самая простая "симуляция" реального мира естественного отбора - это сам реальный мир и есть.

В действительности кости варьируются по прочности на излом, эластичности сжатия, твердости, линиям силы и затратам кальция.

Вы можете вычислить всё детально, если захотите, но, будете ли вы вычислять или нет, это не отменит того факта, что некоторые кости ломаются, а другие нет; некоторые кости требуют много драгоценного кальция, а другие позволяют сэкономить кальций для молока.

Реальная жизнь решительно проста в этом смысле.

Некоторые животные имеют больше шансов умереть, чем другие.

Самый быстрый компьютер в Америке может годами вычислять детали.

Но в природе жестокая реальность состоит, в том, что некоторые умирают, а другие нет.

Вот и все.

Вы, если хотите, можете думать о генах всех популяций в мире как о составляющих гигантский компьютер, рассчитывающий затраты и выгоды, обменные курсы с изменяющимися картинами частот генов, выполняющими роль единиц и нулей электронного процессора.

Это много проясняющий взгляд, к которому мы вернемся на заключительных страницах этой книги.

Но теперь пора прояснить название.

Что такое Пик Невероятного и что мы узнаем из этого?

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/30651/105186

Переводчики: cosinus, Dawkinsian, staswiz, Irina73