А.Г. Те самые freakwaves.
В.З. Те самые freakwaves. Эти волны бывают очень большой амплитуды, они
могут превышать по высоте, скажем, среднюю амплитуду в 4-5 раз.
А.Г. Откуда они взялись?
В.З. Этот вопрос до сих пор остается открытым. Потому что на сам
ом деле слабая турбулентность, волновая турбулентность имеет ограниче
нную область применимости. Скажем так, она описывает явление в среднем. Н
о, кроме того, бывают такие редкие явления, которые уже не поддаются этому
описанию.
Есть функция распределения вероятности высоты волны. Для большинства в
олн она гауссова. Близка к гауссовому, к нормальному распределению. И эта
часть описывается слабой турбулентностью прекрасно. Но есть своего род
а «хвосты» у функции распределения, это весьма редкое явление, и они силь
но негауссовы. Именно в этих хвостах и сидят эти самые freakwaves. Как возникают э
ти хвосты Ц чрезвычайно интересная задача. Я собираюсь ей заниматься в
ближайшее время. Потому что здесь методы слабой турбулентности уже явно
недостаточны. Мы встречаемся здесь с трудностями, сходными с теми, котор
ые имеются в теории вихревой турбулентности. При этом надо сказать, что э
то, конечно, связано с океанскими течениями. Потому что существуют такие
зоны в океане, куда вообще корабли стараются не заходить. Например, в Афри
ке, к западу от Кейптауна есть такая зона, где все время возникают freakwaves. Это с
вязано с тем, что там есть градиенты течения, это не чисто волновая систем
а, они еще взаимодействуют с океанскими течениями. И там очень часты ката
строфы. Эта freakwaves может деформировать, скажем, палубу у авианосца. Это очень
серьезная штука. Если эта волна в 20 метров…
А.Г. Когда я задавал вам вопрос в самом начале, в чем же состоит т
айна турбулентности, я ожидал не только математического или физическог
о обоснования загадочности этого явления. Есть нечто, вероятно, что выно
сит эту проблему за рамки математики и физики. Вы сами для того, чтобы ее п
роиллюстрировать, выбрали аналогию города, людей, отношений и денег. У ме
ня готов вопрос о социальной турбулентности, потому что уж очень явления
переселения народов, образования государств, изменения условий жизни п
охожи на хаотические вихревые, скажем, классические турбулентности. Вы н
е находите?
В.З. Вы знаете, эти явления действительно близки к области опис
ываемой теорией турбулентности, но все-таки они отдельны от нее. Это так н
азываемые системы с сильной диссипацией. Да, в общем, некоторые модели ту
рбулентности могут быть прямо применимы к описанию социальных явлений,
хотя, может быть, специалисты по социальным явлениям будут возражать, сч
итая эти модели слишком простыми. Но аналогия действительно есть, и я сам
на это с большим интересом обратил внимание.
Какое-то количество лет назад я со своими учениками занимался турбулент
ностью в плазме. И мы обнаружили, что можно построить модели даже более пр
остые, чем классические модели волновой турбулентности Ц модели конку
ренции мод. Скажем, в лазере, у вас есть первоначально некоторая спектрал
ьная линия. Если излучает один атом, то он излучает достаточно широкий сп
ектр излучения, у него форма линии. Но если много атомов поместить вместе
и осуществить накачку, то есть сделать систему сильно неравновесной, так
что она начнет генерировать лазерный свет, то в результате возникнет оч
ень узкая спектральная линия, значительно более узкая, чем линия…
А.Г. Одного отдельного атома.
В.З. Да. А почему? Потому что все спектральные моды конкурируют
друг с другом, и в результате одна из них побеждает все остальные. И когда
вы напишете эту модель, то с удивлением обнаружите, что можете дать ей нем
едленно социологическое обоснование, как некоторой модели конкуренции
, скажем, игры на бирже. И потом можно изучить ее стационарное решение и сд
елать некоторые предположения, которые уже не нравятся, скажем, социолог
ам. Хотя я докладывал эту работу у социологов, у экономистов, точнее. Она в
ызвала у них довольно большой интерес, сейчас есть ее последователи в Ге
рмании. Получается, что это модель либеральной экономики, хотя, конечно, и
чрезвычайно упрощенная модель либеральной экономики. В этой модели либ
еральной экономики, когда вы изучаете ее равновесие, то выясняется, что в
результате такой конкуренции капиталы концентрируются в нескольких ру
ках. Это довольно грубый математический факт. Он, конечно, основан на силь
ных предположениях об аналитичности функций, которыми это описывается,
а это вызывает сомнение, но, тем не менее, это довольно-таки фундаментальн
ый математический факт.
Что касается модели переселения, то здесь, действительно, есть определен
ные связи с такими моделями турбулентности. Понимаете, причиной пересел
ения народов был разный уровень рождаемости у разных племен. Допустим, к
акое-то племя каким-то образом повышает свой жизненный уровень так, что п
озволяет выжить большему количеству детей, чем у соседей. Обычно у прими
тивных народов рождается очень много детей. Большая часть умирает, но ес
ли, предположим, выживают четверо-пятеро, то рост происходит по экспонен
те. Экспонента Ц это очень мощный фактор. И тогда через 100 лет племя увелич
ивается, скажем, в 16 раз Ц грубо говоря. Им, естественно, не хватает простра
нства, они начинают двигаться. И движение происходит во все стороны.
Такие же явления возникают и во всех других физических системах, где поя
вляется такой процесс неустойчивости. А дальше происходит диффузия. Это
ближе всего к области физики, граничащей с химией, это теория реакций, авт
околебательных реакций. Например, волны на сердце так распространяются.
В определенных химических системах есть такая реакция Белоусова-Жабот
инского. На блюдечке вы создаете определенного рода смесь, и в ней возник
ают движущиеся волны. Это очень похоже на то явление, о котором мы говорим
, когда возникают какие-то зоны, где одного вещества становится много, и о
но движется агрессивным образом. Есть такие модели. Но, тем не менее, так в
от просто все это описать данной моделью невозможно. Здесь нужно проявля
ть большую осторожность, разумеется. Но есть определенное сходство, да, ч
то делать? Ведь это так называемая непостижимая эффективность математи
ки, о которой говорил Виннер. Совершенно удивительно, как простые матема
тические модели оказываются универсальными, насколько много явлений м
ожно описать одной и той же моделью.
Поэтому, когда я посмотрел модель конкуренции мод при таком ее применени
и, мне пришло в голову, что ею можно описывать распределение денег при игр
е на бирже. Сначала мы к этому не отнеслись серьезно, но потом, когда посмо
трели на результаты, то вывод оказался, я бы сказал, очень забавным.
А.Г. Вы сами не хотите воспользоваться своими предсказаниями?

В.З. Что значит Ц воспользоваться? Это не означает, что я умею э
то делать. Это совсем другое дело.
А.Г. Я почему начал говорить о переселении народов. Ведь когда
говорят Ц «волна переселения», то это очень близко к той картине, котору
ю вы нарисовали при увеличивающемся ветре на поверхности океана. Необъя
снимо, ни с того ни с сего возникают те самые точки диссипации, тот самый с
рыв волны, который вызывает накачку сначала региона, а потом и глобальну
ю накачку Ц в тех пределах, конечно, которые к тому моменту известны.
В.З. Нет, эта модель непосредственно все-таки сюда не подходит.
Но есть другие модели, родственные им, которые подходят ближе. Но это уже д
етали, так сказать, «кухня»…

Бабочки


20.11.03
(хр.00:40:54)

Участники :
Олег Григорьевич Горбунов Ц кандидат биологических наук
Владимир Сергеевич Мурзин Ц доктор физико-математических н
аук

Александр Гордон: …для биолога, зоолога, особенно для лепидоп
теролога Ц это открытие Ц назвать новый вид бабочек. Но если это было ле
гко сделать еще буквально столетие назад, то сейчас, наверное, уже все опи
сано?
Владимир Мурзин: Вы глубоко ошибаетесь. Я недавно как раз зани
мался этим вопросом для бабочек Советского Союза, и построил график, на к
отором показал количество новых описаний в зависимости от времени, по го
дам. И на этом графике видно, что сейчас количество вновь описываемых баб
очек по годам растет линейно. Я-то надеялся, что они действительно, как вы
говорите, уже почти все описаны и кривая выйдет на насыщение, и я смогу, эк
страполируя ее математическими формулами на бесконечность, предсказат
ь, сколько же в России бабочек. Но оно растет линейно. Мы даже не можем сказ
ать, сколько бабочек водится у нас. Причем речь идет только о дневных бабо
чках, а ночных бабочек в раз 10 больше, и они изучены гораздо хуже. То есть, я д
умаю, там только половина видов известна.
А.Г. Хорошо, давайте тогда ограничимся тем, что нам уже известн
о.
Олег Горбунов: В настоящее время, понятно, что нельзя назвать д
аже приблизительную цифру. Но некоторые ученые считают, что их 170 тысяч ви
дов на Земле, то есть таксонов видового уровня, не считая подвидов. Но если
включить сюда же и другие таксоны уровня вида, которые закреплены в межд
ународной номенклатуре, то есть подвиды, то это число повышается вплоть
до полумиллиона одних только бабочек.
А.Г. И, судя по вашим словам, сколько их там еще впереди Ц неизве
стно.
В.М. Да, сколько впереди! Причем Россия Ц более-менее изученна
я страна.
О.Г. К сожалению, Россия обделена природой, то есть количество
чешуекрылых здесь намного меньше, чем в Южной Америке, Юго-Восточной Ази
и или тропической Африке, особенно в западной части Центральной Африки.
Из этих регионов новые таксоны описываются ежегодно тысячами! И даже по
несколько тысяч в год!
В.М. Вы сколько описали новых видов?
О.Г. Я сейчас точно не помню, но не меньше 130 видов.
В.М. Это только один Олег описал.
А.Г. И вы их сами называете?
О.Г. Я их сам называю. А как же? Я автор названий этих видов.
А.Г. Потрясающе.
О.Г. И это еще не конец. Я предполагаю, что смогу описать еще неск
олько сотен. Потому что, например, в коллекции в настоящий момент я имею гд
е-то порядка 50 видов, которые не имеют названий. Эти виды были собраны даже
в европейской части России!
В.М. И надо сказать, что Олег занимается только одной специальн
ой группой бабочек. Это очень интересная группа, так называемые «стеклян
ницы».
О.Г. Удивительная группа, которая на бабочек-то не очень похож
а…
В.М. Он описал 130 видов только из этого одного семейства!
О.Г. А всего семейств бабочек опять же никто не может точно ука
зать, потому что у исследователей имеются достаточно разнообразные мне
ния о структуре и объеме каждого семейства. Но в настоящее время можно ко
нстатировать тот факт, что все многообразие бабочек может быть разделен
о на 46 надсемейств. Из них Ц 27 монотипические, т.е. состоят лишь только из од
ного семейства. Это в основном молевидные чешуекрылые, то есть очень мел
кие и очень древние по своему происхождению бабочки. Все остальные надсе
мейства включают в свой состав несколько семейств. Как правило, это боле
е продвинутые группы, состоящие из тысяч и даже десятков тысяч видов.
А.Г. Говоря, кстати, о происхождении. Может быть, вы скажите об эт
ом несколько слов. И есть ли какие-то попытки объяснить, почему такое удив
ительное многообразие видов?
О.Г. Это, во-первых, связано с древней историей отряда чешуекры
лых. Известны бабочки, вернее, их остатки, из отложений Юрского периода. Их
возраст не менее 150 миллионов лет! Кроме этого очень хорошо известна фаун
а янтаря, особенно балтийского. Возраст этих останков приближается к 55 ми
ллионам лет. И эти остатки уже определяются как современные семейства и
даже роды. Далее, многообразие, зависит от тех условий, в которых обитает т
а или другая группа. На протяжении истории Земли, а вернее, истории развит
ия отряда бабочек, эти внешние условия изменялись множество раз и в разл
ичных направлениях. Кроме того, очень большое значение для увеличения ра
знообразия имеет эффект дрейфа генов, который хорошо прослеживается у о
стровных популяций. Конечную величину разнообразия мы определить не мо
жем.
А.Г. То есть, видообразование продолжается до сих пор?
О.Г. Безусловно. Но этот процесс достаточно медленный. Хотя его
можно наблюдать даже сейчас где-нибудь на маленьких островах, или высок
о в горах.
В.М. Действительно, большинство бабочек приспособлено к жизн
и в определенных природных условиях. Так, существуют виды бабочек, котор
ые живут в горах на высоте не ниже 3000 метров. Для этих видов такая горная ст
рана, как, например, Памир, представляет собой архипелаг или систему остр
овов, на каждом из которых эти виды живут в виде отдельных популяций, изол
ированных друг от друга непреодолимыми для перелета преградами, каковы
ми являются глубокие ущелья. Каждая такая изолированная или «островная
» популяция рано или поздно перестает контактировать со своими собрать
ями, обитающими на соседней горе. Отсутствие контакта приводит к генетич
еской изоляции и, далее, к необратимым генетическим перестройкам от эффе
кта дрейфа генов. В результате этого и образуются новые и первоначально
очень локальные виды. Поэтому в горах очень много так называемых «эндеми
ков», которые живут на одной горе. Я неоднократно путешествовал по Алтаю,
где недалеко от поселка Акташ с одной горы было описано 5 видов, из них два
Ц больше нигде не встречаются. Только на этой горе!
О.Г. Может быть, эти виды живут где-нибудь рядом в таких же услов
иях, но пока…
В.М. Пока известны только с этого высокогорья. Конечно же, это н
е отдельная гора, а небольшой Курайский хребет. По-видимому, он весь засел
ен этими бабочками. Они живут под камнями на высоте выше 3000 метров. Для Алта
я это очень большая высота. Эти бабочки очень интересны. Живут они на хоро
шо прогреваемых солнцем осыпях. Их самки после рождения сидят под камням
и. Самцы же активно летают и находят самок, которые после оплодотворения
и откладывают там яйца.
А.Г. При этом самки тоже крылатые?
В.М. Самки не летают, но крылья у них все-таки есть. Существуют ж
е виды, у которых самки совсем не имеют крыльев. Видите Ц самка. А там саме
ц. Эта самка не имеет крыльев, но их зачатки можно разглядеть под микроско
пом. Она даже ими шевелит, но не больше того. Она, как бочонок с яйцами, лежит
. И причем она даже не выходит из кокона.
А.Г. Кормит ее самец?
В.М. Нет, она не кормиться, у нее нет ротовых органов совсем.
О.Г. То есть, это мешок с яйцами.
В.М. У нее нет ни глаз, ни ротовых органов, ничего. И я считаю, что э
то последнее достижение эволюции. Понимаете, только любовь правит их жиз
нью во взрослом состоянии. И это, кроме того, огромная экономия энергии. Он
а может всю энергию, накопленную гусеницей, пустить на формирование яиц.
Ей не нужно летать, не нужно тратить энергию на поиск кормового растения
и на все остальное.
О.Г. Даже ползать не надо.
В.М. Даже ползать не надо, она просто лежит под камнем. Самец раз
ыскивает ее по запаху, т.е. по следу феромона, и оплодотворяет ее. Оплодотв
оряет, забираясь в ее кокон. Даже в коконе специальная дырочка оставлена,
куда потом должен пролезть самец.
А.Г. Потрясающе! Говоря про такое многообразие бабочек, все-та
ки можно как-то говорить об общем у бабочек? Судя по всему Ц нет.
О.Г. Конечно, можно. Во-первых, морфологически весь отряд отлич
ается от остального многообразия насекомых наличием чешуек. Все бабочк
и имеют чешуйки на теле, крыльях. Хотя есть и другие насекомые, которые тож
е имеют чешуйки, например, некоторые группы жуков слоников. Но они имеют и
ное происхождение и форму, а также представлены незначительным количес
твом. Это вторично видоизмененные щетинки. Но только бабочки имеют насто
ящий довольно плотный чешуйчатый покров, особенно заметный на крыльях. Х
отя есть бабочки, крылья которых в той или иной степени лишены чешуек. Это
бабочки-стеклянницы. Будьте добры, покажите, пожалуйста, слайды 21, 31 и 40. Это
и есть те специальные бабочки, которых мы вкратце коснулись в начале пер
едачи. У них, как вы можете видеть, задние крылья практически полностью пр
озрачные. Заметьте, они на бабочку даже не похожи. Это скорее какая-то оса.
Что тоже очень интересно, так как стеклянницы считаются одним из ярких п
римеров мимикрии. Хотя тут множество вопросов возникает, ведь эволюцион
но перепончатокрылые, тем более жалящие, являются более молодой группой
. И не совсем понятно, каким это образом более древний мог морфологически
скопировать более молодой таксон.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24