Данная статья относится к Категории: Приёмы, инварианты, эвристики
1. Изображение Charles Thonney с сайта Pixabay
Параллели в эволюции и концепция диасети
В процессе эволюции, на разных её ветвях, независимо друг от друга возникают удивительно похожие структуры и механизмы. Эти сходства часто невозможно объяснить лишь условиями среды или успешностью выживания. Например, функцию разложения органики выполняют как грибы (эукариоты), так и бактерии (прокариоты). Сложнейшие цветковые растения, такие как орхидеи, часто очень требовательны к среде и потому редки. Сумчатые млекопитающие в Америке успешно сосуществуют с плацентарными, а в Австралии — нет. Подобных примеров множество.
У растений и животных независимо развился практически идентичный аппарат клеточного деления, хотя у их одноклеточных предков он был разным. У первичноротых и вторичноротых животных независимо возникли сходные сложные органы, например, глаза позвоночных, головоногих моллюсков и некоторых пауков. Иммунные системы птиц и млекопитающих, психика зверей и головоногих также демонстрируют поразительное сходство. Все эти ряды параллельных преобразований образуют многомерную структуру — диасеть.
Уровень развития против родословной
Это говорит о том, что ключевые свойства организмов определяются не столько их происхождением, сколько тем эволюционным уровнем, которого они достигли, — и путь к этому уровню может быть разным. Таким образом, классическое понимание эволюции как выяснения родословных (филогении), предложенное Геккелем, представляется неполным и даже труднодостижимым в свете современных данных о горизонтальном переносе генов. Гораздо интереснее и практичнее понять сами механизмы эволюции, ведь знание механизмов может помочь в сохранении природы, в то время как знание лишь родословных — нет.
Сходство сложных комплексов признаков обычно объясняют общим происхождением. Но как, например, птицы и млекопитающие могли унаследовать сложную систему терморегуляции от рептилий, которые, как считается, её не имели? Казалось бы, нельзя унаследовать то, чего не было. Однако возможна аналогия с получением «золотого ключика» от двери, за которой сам даритель никогда не был. Одна из теорий, предлагающих такое объяснение, — теория фрактального роста. Каждый онтогенез многоклеточного организма начинается с одной клетки, и уровень сложности строится заново в каждом поколении.
Что такое фрактал в природе и биологии?
2. Изображение Barbara A Lane с сайта Pixabay
В математике самоподобные, масштабно-инвариантные объекты описываются фракталами. Если говорить упрощённо, фрактал — это нелинейная структура, часть которой устроена аналогично всей структуре в целом. Идею фрактальности нашего мира образно выразил ещё Лейбниц, представляя, что каждая частица материи подобна саду, полному растений и прудов, и так до бесконечности.
Классический пример природного фрактала — береговая линия. Глядя на изрезанный берег фьорда, невозможно определить масштаб карты без дополнительных ориентиров. Если увеличить любой небольшой участок этой линии, он будет столь же изрезанным, и эту операцию можно повторять многократно. В идеальной математической модели — бесконечно. В природе же всегда есть предел: рассмотрев стенку капилляра под микроскопом, вы не увидите ещё более мелких сосудов. Поэтому строго следует говорить о «пред-фракталах», но в прикладных науках за ними закрепился термин «фракталы».
Обратите внимание: Луна Юпитера. На поверхности Европы, около экватора, есть большие ледяные структуры, напоминающие шипы.
Фракталы в организме и онтогенезе
В живых организмах множество фрактальных структур: ветвящиеся бронхи в лёгких, сеть кровеносных сосудов, нейроны мозга. Глядя на их рисунок, также сложно определить масштаб. Но самое главное — фрактальным может быть сам процесс развития, онтогенез, как последовательность клеточных делений. Возможно, именно фрактальные правила роста, закодированные в генах, а не конкретные схемы связей, объясняют невероятную сложность мозга при относительно небольшом количестве генов.
Дробная размерность фракталов позволяет им служить мостом между структурами разной размерности. Наше тело трёхмерно, а капилляры подобны одномерным нитям. Чтобы снабдить кровью каждую клетку трёхмерного объёма, природа использует фрактальную сеть сосудов с промежуточной размерностью. Таким образом, фрактальный рост — это механизм, устанавливающий связи между пространствами разных измерений, что может объединять физиологические, морфологические и экологические процессы.
3. Изображение Pete Linforth с сайта Pixabay
Самоподобие и биологические реакции
Явление самоподобия в биологии может быть даже шире, чем фрактальные структуры. Яркий пример — сходная реакция организма (стресс) на самые разные воздействия, как отметил ещё Ганс Селье. Более того, одну и ту же реакцию могут вызывать невероятно разные дозы одного и того же агента, различающиеся в триллионы раз, что наблюдается в действии некоторых лекарств.
Способность порождать целые миры путём изменения одного параметра в фрактальных алгоритмах заставляет задуматься о природе математической истины. Автор отмечает, что в этом пункте он вынужден согласиться с платониками, считающими, что математические истины существуют независимо от материального мира, — и понимание этого пришло к нему через изучение фракталов.
Чайковский Ю.В., Активный связный мир. Опыт теории эволюции жизни, М., «Товарищество научных изданий КМК», 2008 г., с. 339-342 и 344.
Источник — портал VIKENT.RU
Если публикация Вас заинтересовала - поставьте лайк или напишите об этом комментарий внизу страницы.
Дополнительные материалы
+ Плейлист VIKENT.RU из 6-ти видео:
МЕТОДЫ / ТЕХНОЛОГИИ ТВОРЧЕСТВА & РАЗВИТИЯ КРЕАТИВНОСТИ
Ваша свободная подписка на видеосайт VIKENT.RU 1-м кликом
+ Ваши дополнительные возможности:
Идёт приём Ваших новых вопросов по более чем 400-м направлениям творческой деятельности – на онлайн-консультацию № 283 17 апреля 2022 года (Воскресенье) в 19:59 (мск). Это принципиально бесплатный формат.
Задать вопросы Вы свободно можете здесь: https://vikent.ru/w0/
Изображения в статье
- Изображение Charles Thonney с сайта Pixabay
- Изображение Barbara A Lane с сайта Pixabay
- Изображение Pete Linforth с сайта Pixabay
#vikent_ru #наука #наука будущего #фракталы #моделирование #эволюция #науковедение #междисциплинарность
Еще по теме здесь: Новости науки и техники.
Источник: Фрактальные структуры как модель эволюции по ю.в. Чайковскому.