Восхождение на гору Невероятности

Рис. 1.15. Рисунки настоящих и компьютерных биоморфных деревьев показывают, как может измениться форма вида из-за незначительной коррекции механизма роста. Крона одних деревьев обвисает, как у плакучей ивы, в то время как другие устремляются ввысь, как пирамидальный тополь.

Рис. 1.16. “Зоопарк” черно-белых биоморфов, выведенных в программе “Слепой часовщик”.

Биоморфы “выведены” человеком. В этом смысле они подобны капусте и собакам. Однако искусственный отбор предполагает участие селекционера – человека, а это не является главной темой моей книги. Вслед за Дарвином я рассматриваю искусственный отбор в качестве модели совсем другого процесса – естественного отбора. Пора наконец поговорить собственно о нем. Естественный отбор происходит примерно так же, как искусственный, но без вмешательства человека. Здесь не человек, а сама природа “решает”, кому из потомства продолжить свой род, а кому умереть. Я поставил кавычки не просто так, ибо на самом деле природа не принимает осознанных решений. Банальная, казалось бы, истина, но вы не поверите, если вам сказать, сколь многие уверены в том, что естественный отбор сродни личному выбору. Это в корне не так. На самом деле просто вероятность гибели одних потомков достаточно велика, а другие обладают какими‐то свойствами, которые помогают им выжить и дать потомство. Поэтому в среднем типичные представители популяции из поколения в поколение становятся все лучше и лучше в искусстве выживания и размножения. Я должен уточнить, что “всегда лучше” справедливо при сравнении с каким‐то абсолютным стандартом. На деле, впрочем, отбор не всегда настолько эффективен, потому что их жизни всегда угрожают особи других видов, которые тоже эволюционируют и становятся более жизнеспособными. Можно выработать качества, которые помогают спастись от зубов и когтей хищника, но ведь и хищники тоже совершенствуют свои охотничьи качества, так что в конечном итоге ничего не выиграешь. Своего рода “эволюционная гонка вооружений” – тема интересная, но мы забегаем вперед.

Смоделировать на компьютере искусственный отбор не так сложно, и биоморфы – прекрасный тому пример. Моя мечта – воспроизвести еще и естественный отбор. В идеале я хотел бы создать условия для эволюционной борьбы, чтобы возникающие на экране “хищники” и “жертвы” побуждали друг друга к прогрессивному развитию, а мы просто наблюдали бы за их соперничеством. К сожалению, это непростое дело, и вот почему. Я говорил, что отдельные особи из потомства обречены на гибель, и вроде бы легко спровоцировать их насильственную смерть. Но цифровая тварь должна погибнуть от каких‐либо нестандартных дефектов – например из‐за коротких ног, не позволяющих ей убежать от хищника, – тогда смерть на экране будет выглядеть натурально. У некоторых насекомоподобных биоморфов с рис. 1.16 есть похожие на ножки отростки. Но они не пользуются своими “ножками”, и хищников вокруг них нет. Нет и жертв или растительной пищи. В их мире не бывает ни болезней, ни плохой или хорошей погоды. Теоретически мы могли бы включить любой из этих факторов риска. Но запрограммированная угроза будет столь же искусственной, как и сам искусственный отбор. Нам придется что‐то предпринять – скажем, постановить, что длинным и тонким биоморфам легче уйти от преследования, чем коротким и толстым. Велеть машине измерить биоморфы и отобрать для дальнейшего разведения самых поджарых и голенастых – дело нехитрое. Но тогда процесс эволюции лишится интриги. Мы просто увидим, что по мере смены поколений особи становятся все более долговязыми. С тем же успехом мы могли бы просто на глазок прикинуть, какие из биоморфов тоньше и длиннее. Нет спонтанности, характерной для естественного отбора, которой можно было бы достичь при адекватной имитации.

В естественных условиях селекционный процесс намного сложнее. В каком‐то смысле он очень запутан, но с другой стороны – предельно прост. Для начала прогресс в каком‐то одном направлении – в частности, в направлении увеличения длины ног – возможен до определенного предела. В живой природе ноги могут оказаться и чересчур длинными. Они больше подвержены переломам, да и через подлесок продираться тяжело. Слегка пораскинув мозгами, мы можем предусмотреть в программе переломы и кусты. Можно встроить элементы физики перелома – найти способ отобразить линии напряжения, прочность на разрыв, коэффициент упругости; если разобраться в сути явления, можно воспроизвести что угодно. Проблему для нас представляет то, чего мы не знаем и о чем не подумали, то есть почти все. Мы упускаем из виду не только оптимальную длину конечностей и бесчисленное множество факторов, от которых она зависит. Мало того, длина ног – лишь один из многих взаимосвязанных признаков, который взаимодействует с другими признаками ног, а также с массой признаков других частей тела, влияющих на выживаемость особи. Это и толщина ног, и их жесткость, хрупкость, способность выдерживать вес, разница по толщине вверху и внизу, количество суставов и собственно ног. И это только то, что касается конечностей. Выживет животное или нет, зависит также от всех остальных частей и элементов его организма.

Пока программист пытается ввести все параметры в теоретическую задачу выживаемости компьютерных зверей, он вынужден сам принимать судьбоносные решения. По-хорошему, надо бы воспроизвести все физиологические и экологические условия, включая имитации хищников, жертв, растений и паразитов. В свою очередь, все эти виртуальные виды должны обладать способностью к изменчивости. Самый простой способ избавиться от необходимости думать самим – это вовсе отказаться от компьютера и смастерить трехмерных роботов, которые гонялись бы друг за дружкой в реальном трехмерном мире. Но тогда дешевле было бы сдать компьютер в утиль и наблюдать за живыми зверями и растениями – то есть вновь оказаться на исходной позиции! Доля шутки тут меньше, чем кажется. Я еще вернусь к этому позже. Тем не менее, мы можем еще кое‐что сделать на компьютере, хотя и не с биоморфами.

Биоморфы трудно поддаются естественному отбору в основном потому, что они состоят из светящихся пикселей, расположенных на плоском экране. Двухмерный мир во многих отношениях не пригоден для отображения физических закономерностей реальной жизни. Остроту зубов хищника и прочность защитного панциря жертвы, мышечную силу нападающего хищника и смертоносную силу яда – все эти свойства не передашь двухмерными пикселями. Самих хищников и их жертвы можно показать на плоском экране естественным путем, без особых ухищрений, но можно ли рассчитывать на отображение их реальной жизни? По счастью, можно. Я уже говорил о паутине в связи с псевдомоделями природных ловушек. Пауки, как и все представители животного мира, обладают трехмерными телами и живут в обычном, сложно устроенном физическом пространстве. Но их хищнические повадки отличаются одной особенностью, чрезвычайно удобной для представления на плоскости. Типичная круговая паутина – это в сущности плоская фигура. Насекомые, которые угодили в сети, перемещаются по третьей оси, но в критический момент, когда они попадают в ловушку или вырываются на свободу, драма разворачивается в двухмерной плоскости паутины. Лучшего примера для красивой имитации естественного отбора на плоском экране монитора и не подберешь. Следующую главу мы большей частью посвятим паучьим сетям: начнем с обсуждения настоящей паутины, а затем перейдем к ее компьютерным аналогам и превращениям в процессе виртуального “естественного отбора”.

Глава 2

Шелковые путы

Чтобы систематизировать наши представления о жизни какого‐либо существа, полезно напрячь воображение – даже позволить себе поэтическую вольность – и подумать, с каким комплексом задач и препятствий сталкивается это существо или, если угодно, его гипотетический “создатель”. Первым делом надо поставить исходную задачу и поискать разумные решения. Затем можно посмотреть, чем, собственно, занимаются наши подопечные. После этого мы, вероятно, увидим, какие еще проблемы встают перед животным данного вида, и так далее. Во второй главе “Слепого часовщика”, посвященной летучим мышам и их искусному владению методами эхолокации, я так и делал. Теперь я последую той же логике, чтобы изучить функции паутины. Отметим, что, изучая один вопрос за другим, мы не прослеживаем весь жизненный цикл живого существа. Если мы и говорим о продвижении во времени, то по эволюционной временной шкале, но иногда мы будем перемещаться не по оси времени, а по логической цепочке.

Наша первейшая задача – найти эффективный способ ловли насекомых для пропитания. Один из вариантов – летать побыстрее. Подняться в воздух, как сама потенциальная добыча. Летать как можно быстрее с разинутым ртом, зорко вглядываясь в цель. Это подходит стрижам и ласточкам, но требует немалых затрат на оснащение для скоростных полетов и маневрирования, а также “умных” систем навигации. Так действуют и летучие мыши, только они охотятся ночью и находят цель с помощью звукового эха, а не световых лучей.

Совершенно иной подход – “сидеть и выжидать”. Это излюбленная тактика богомолов, хамелеонов и других ящериц, которые в процессе эволюции независимо и конвергентно приобрели общие с хамелеоном черты и повадки; практически сливаясь с окружающей средой, держа наготове язык или лапы, они передвигаются тихо-тихо и крайне медленно, прежде чем резко броситься в атаку. Радиус действия хамелеонова языка позволяет ему ловить мух на расстоянии, сравнимом с размерами его собственного тела. Богомол тоже достает добычу, которая находится на таком же относительном удалении от него, передними хватательными ножками. Казалось бы, можно усовершенствовать эту модель и еще больше увеличить “дальнобойность”. Но если язык и ноги будут намного длиннее туловища, их монтаж и обслуживание обойдутся чересчур дорого, и даже лишние мухи, которых удастся поймать, не окупят затрат. Нельзя ли расширить зону охоты более экономичным способом?

Почему бы не сплести сеть? Для сети понадобится какой‐то материал, и за него придется заплатить. Но в отличие от языка хамелеона, сеть неподвижна, поэтому не потребуется наращивать мышечную ткань. Тканью из тончайшего, как паутинка, недорогого материала можно покрыть огромную площадь. Если переработать в шелк белки мяса, которые в других условиях пошли бы на строительство тканей мощных лап и языка, можно намного превысить радиус действия языка хамелеона. Ничто не помешает нам с помощью такой бюджетной сетки, сделанной из секрета маленьких желез, охватить площадь в сто раз превышающую площадь тела.

Шелк – излюбленный материал членистоногих, одного из основных типов царства животных[2], включающий в себя и насекомых, и пауков. Гусеницы свисают с веток деревьев на тонкой шелковой нитке. Муравьи-портные, держа челюстями своих личинок и действуя ими, словно ткацкими челноками, сшивают листья шелковым секретом, который те выделяют (рис. 2.1). Многие гусеницы, прежде чем превратиться во взрослое крылатое насекомое, окукливаются, заворачиваясь в шелковый кокон. Коконопряды душат деревья тонкой паутиной. Один одомашненный тутовый шелкопряд для постройки кокона прядет нитку длиной чуть ли не в милю. Но несмотря на то, что на тутовых шелкопрядах держится все наше производство шелка, самые искусные прядильщики и ткачи во всем животном мире – это пауки, и странно, что люди больше не находят применения паучьему шелку. Его использовали для нитей перекрестия в окулярах микроскопов. Зоолог и художник Джонатан Кингдон в замечательной книге “Человек, который сделал себя сам” (Jonatan Kingdon, Self-Made Man) рассуждает о том, что идею струны, одного из важнейших изобретений, людям, возможно, подсказали пауки. Птицы тоже по достоинству оценили высокие потребительские качества паучьего шелка. Известно, что 165 видов пернатых вьют гнезда с включениями паучьего шелка (эти виды принадлежат к 23 различным семействам, а стало быть “нашли” этот способ постройки гнёзд независимо друг от друга). Всем известный производитель круговой паутины, садовый паук-крестовик Araneus diadematus, выделяет через прядильные трубочки, отходящие от паутинных бородавок, расположенных на заднем конце тела, шелк шести различных “сортов”. Каждый из этих сортов шелка секретируется особыми паутинными железами, находящимися в полости брюшка, и паук “переключается” с производства одного сорта на другой, в зависимости от конкретной задачи. Пауки использовали шелк задолго до того, как в ходе эволюции приобрели способность плести свои круговые ловчие сетки. Даже пауки-скакуны, которые никогда не делают паутину, срываются в бездну на шелковых “лонжах”, словно альпинисты с самыми современными страховочными приспособлениями.

Рис. 2.1. Ткачество шелком. Муравьи-портные используют своих личинок в качестве челноков. Oecophila smaragdina, Австралия.

Итак, шелковая нить, материал выбора для плетения ловушек насекомых, входит в инструментарий пауков с незапамятных времен. Можно сказать, что паутина – это средство, которое дает возможность оказаться во многих местах одновременно. Паук, в масштабах его тела, – словно ласточка с пастью кита. Или хамелеон с пятнадцатиметровым языком. Паутина – вещь в высшей степени практичная. В то время как масса сильного языка хамелеона, бесспорно, составляет существенную долю его общего веса, шелковая паутина с суммарной длиной нитей до 20 м весит меньше тысячной доли массы тела паука. Более того, использованную паутину паук съедает, то есть отходы перерабатываются почти полностью. Однако плетение ловчей сетки сопряжено с определенными трудностями.

Паук должен сделать так, чтобы влетевшая в паутину жертва осталась в ней – задачка не из легких. Тут есть две опасности. Насекомое может легко порвать сетку и пролететь насквозь. Эта проблема отпадет, если сетка будет очень эластичная, но тогда возникает другая угроза – насекомое отлетит от паутины, как от батута. Идеальное шелковое волокно, мечта химика, растягивается очень сильно и поглощает импульс, который ему сообщает влетающее с высокой скоростью насекомое, и вместе с тем плавно возвращается в исходное состояние, чтобы не получился трамплин. Во всяком случае, некоторые разновидности паутины благодаря сложной структуре шелкового волокна, которую исследовали и описали профессор Фриц Фольрат и его коллеги из Оксфорда, а теперь и из датского Орхусского университета, обладают именно такими свойствами. На рис. 2.2 и 2.3 показано увеличенное изображение нитей паутины, и на самом деле они намного длиннее, чем кажутся, так как большей частью собраны в спирали внутри водянистых шариков. Будто ожерелье из бусин с клубками ниток внутри них. Механизм образования таких спиралей неясен, но результат очевиден. Нити могут растягиваться до длины, в десятки раз превышающей исходные размеры клубка, а затем вновь закручиваться, но достаточно медленно, так чтобы не отбросить насекомое.

Далее, для того чтобы добыча не ускользнула, паутина должна быть липкой. Нитяные спирали покрыты особым веществом, а не просто влагой. Оно тоже клейкое. Всего одно касание – и насекомому не вырваться на свободу. Но пауки добиваются этой клейкости разными способами. Есть особенная группа так называемых крибеллятных пауков, которые вытягивают из крибеллума – специальной пластины с отверстиями протоков паутинных желез, образовавшейся за счет слияния паутинных бородавок, – нить в несколько сложений. Затем паук пропускает многопрядную нить через гребни прядильных щетинок, расположенных на предлапках четвертой пары ног, и таким образом прочесывает ее. Такая “чесаная” многоволоконная пряжа разбухает и превращается в толстый слой путаной массы (рис. 2.4). Невооруженным глазом переплетения не разглядеть, но для ножек насекомого это серьезное препятствие. Чесаные “крибеллятные” нити действуют так, как если бы они были клейкими – подобно тем, которые мы уже обсуждали. Просто эффект прилипания достигается другими средствами. У крибеллятных пауков есть одно преимущество. Их паутина долго остается липкой. Если паук не имеет органов для “чесания” нити, а выделяет клей, он вынужден каждое утро обновлять свою ловчую сеть. Невероятно, но факт – на восстановительные работы уходит менее часа; когда имеешь дело с естественным отбором, дорога каждая минута.

Рис. 2.2. Бусины на шелковой нитке паутины.

Рис. 2.3. Увеличенное изображение одной бусины – внутри виден клубок нити, и бусина в целом работает как “лебедка”.

Рис. 2.4. Один из способов придать паутине липкость: крибеллятные пауки прочесывают и распушают нити.

Однако липкость нитей приводит к новой, довольно курьезной проблеме. Если ловчая сеть сделана на совесть и насекомое попадается в плен – неважно, прилипает ли к паутине или запутывается в ней, – то и самому пауку надо как‐то изловчиться и не оказаться там же. Пауки не обладают неуязвимостью волшебников, но в ходе эволюционных трансформаций нашлось комплексное решение вопроса, как избежать участи террориста-смертника. Ноги паука, выделяющего клей, смазаны особым маслом, которое не дает ему прилипнуть. Это было доказано на опыте – паука окунули лапками в эфир, смыв масло и тем самым лишив его защиты. Некоторые пауки взяли на вооружение другой метод – отдельные нити, а именно радиальные, отходящие от центра паутины, остаются нелипкими. Самка паука бегает только по этим главным дорожкам, обхватывая тоненькие нити крошечными клешнями, расположенными на концах специальным образом модифицированных ног. Вообще‐то самцы тоже плетут паутину, а на стр. 65 я попытаюсь оправдать свой сексизм. Липкие спирали, которые закручиваются по кругу над эстакадой из радиальных линий, паучиха не затрагивает. Это для нее несложно, ибо она, как правило, сидит, выжидая, в самой гуще паутины, кратчайший путь откуда до любой точки паутины все равно пролегает по радиусу.

Давайте теперь вернемся к тем реальным задачам, которые решают пауки в процессе создания паутины. Все пауки разные, и там, где это имеет значение, я выберу в качестве типичного примера знакомого нам крестовика Araneus diadematus[3]. В первую очередь мы – то есть пауки – должны умудриться перекинуть первую нить через то пространство, где планируется сплести паутину, например от дерева до камня. Если начальная, наиболее важная нить протянута, по ней уже можно переправиться через пропасть. Но как навести этот первый мостик? Можно было бы сползти вниз, совершить круг и снова подняться наверх, волоча за собой нить. Иногда пауки так и делают, но нет ли более творческого решения? Скажем, запустить воздушного змея. Нельзя ли обратить себе на пользу свойства почти невесомого шелка? Можно. Пауки так и поступают, если ветер достаточно сильный. Самка паука выпускает одинарную нить с крошечным шелковым парусом (или воздушным змеем) на конце. Эта конструкция наполняется воздухом и улетает. Поскольку воздушный змей липкий, то он приклеится к твердой поверхности на другом краю пропасти, при условии, что вообще туда долетит. В противном случае паучиха подтягивает его назад, съедает шелк, дабы он не пропал зря, и совершает вторую попытку. Рано или поздно она протянет над пропастью пригодный для передвижения мостик и закрепит конец на своей стороне, приклеив и его тоже. Виадук готов.

Вряд ли первая линия будет туго натянута – тут уж как повезет, под определенное пространство длину нити не подгонишь. Паучиха может укоротить ее, задействовав один конец для кромки паутины или вытянув нить углом, чтобы образовались два несущих радиуса. Загвоздка в том, что вытянуть‐то нить можно, но едва ли настолько, чтобы получились две радиальные линии приемлемой длины. Паучиха находит выход из положения – она оставляет мостик как есть, но использует его в качестве опоры, чтобы заменить нитку на более длинную. Вот как она это делает. Оставаясь на одном конце линии, она выпускает сзади себя новую нитку и надежно закрепляет ее. Затем обрубает первую нить – постепенно пожирает ее, удерживая в лапках конец. Переправляется на противоположный берег, цепляясь за концы старой нити перед собой и новой, которую разматывает позади. Сама живое звено в собственном сооружении, она уверенно преодолевает весь путь. Первая нить, как и та ее часть, по которой паучиха только что прошла, отслужила свое, и ее доедают. Вот таким удивительным способом, продвигаясь по старой дорожке и заглатывая ее по мере того, как вытягивает новую, самка паука перебирается через пропасть. Более того, задняя нить наращивается быстрее, чем съедается передняя. Теперь все под контролем, и новый мостик получается длиннее прежнего. Кончики зафиксированы, и нить провисает ровно настолько, чтобы можно было натянуть ее углом и обозначить центр паутины.

Для этого самка паука возвращается к середине нового мостика, и под ее тяжестью провисшая нить растягивается в виде буквы V. Правильно расположенные лучи угла образуют две главные радиальные линии паутины. Какой радиус будет следующим, вопроса нет. Очевидно, разумнее всего опустить перпендикуляр из вершины угла, чтобы зафиксировать нижнюю точку будущей сердцевины и сохранить лучи угла натянутыми даже в отсутствие груза – веса паучихи. Самка цепляет новую нить к уголку и сваливается вниз, точно отвес, к земле или к другой подходящей поверхности, где закрепляет вертикальную нить. Три основные линии паутины готовы и аккуратно натянуты в виде буквы Y.

Теперь надо решить еще две задачи – провести остальные лучи из центра и “кольцевую дорогу” по периметру. Зачастую пауки проявляют незаурядную сообразительность и ухитряются убить двух зайцев сразу – выпускают две, а то и три нити и, передвигаясь по уже проложенным радиальным дорожкам, тянут новые в разные стороны. В черновике этой главы я детально описал паучью игру в веревочку, но мне пришлось как следует пошевелить мозгами. Один из моих редакторов признался, что он тоже был вынужден интенсивно шевелить мозгами, когда читал текст, и настоятельно просил меня убрать этот кусок. В общем и целом, паук создает базовый каркас паутины – колесо, которое, в зависимости от вида и конкретной особи, имеет от двадцати пяти до тридцати спиц. Но колесо неподвижное, с большими, как у велосипедного, просветами между спицами, через которые муха может пролететь. Даже наткнувшись на одну из нитей, она не застрянет в паутине, потому что нити еще не липкие. Необходимо оплести лучи поперечными нитями. Это можно сделать разными способами. Например, пройти зигзагом между двумя нитями от центра к периферии, затем развернуться, пройти по другому сектору и таким образом заполнить все промежутки по очереди. Но множество поворотов потребует больших затрат сил и времени. Более рациональное решение – обходить основу по спирали, что и делают обычно пауки, хотя порой могут и петлять.

Но в обоих случаях, при движении по спирали или зигзагом, возникают новые проблемы. Укладывание липкой нити, пригодной для ловли насекомых, требует точного расчета. Важно выверить размер ячеек сети. Поперечные нити должны пересекать радиальные так, чтобы они не стягивали лучевые дорожки, иначе плетение будет неравномерное и добыча ускользнет сквозь дыры. Если паучиха попытается проделать столь ювелирную работу, балансируя на одной радиальной нити, то, скорее всего, под весом ее тела нить сместится и связанная с ней спиральная параллель будет натянута неправильно. Кроме того, ближе к кромке расстояние между лучевыми нитями будет слишком велико для паучьих ножек. Обе проблемы можно устранить, если плести паутину от центра к внешнему краю. В середине интервалы между нитями небольшие, радиальные нити поддерживают друг друга и не так легко смещаются под весом паука. По мере приближения к кромке расстояние между радиусами неизбежно увеличится, но это уже не страшно: после перехода на следующий уровень предыдущий виток спирали, расположенный ближе к центру, будет служить мостиком между расходящимися лучами. Однако остается одна неприятность: нить, пригодная для ловли насекомых, должна быть очень тонкой и эластичной. Это ненадежная опора. Когда спираль будет наконец готова, мы получим достаточно прочную паутину, но на промежуточной стадии недостроенная конструкция еще хлипкая.

Тонкая и крепкая спираль ловчей сетки – главная, но не единственная цель. Пауку более или менее удобно перемещаться по нелипким лучевым нитям, но нас интересует уже клейкая паутина, “разработанная” специально для ловушек насекомых. Как мы уже знаем, пауки застрахованы от прилипания к собственной паутине не на сто процентов. Но даже если бы это было так, протягивая очередной уровень и используя в качестве опоры предыдущие витки, паук частично стирал бы с них липкий слой. Так что метод плетения липкой спирали от центра к периферии с перемещением по предыдущим виткам выглядит очень привлекательно, но как бы одновременно не подстроить ловушку – в буквальном и переносном смысле.

Самка паука готова к трудностям такого рода. Она делает то, что сделали бы на ее месте строители: сооружает временные леса. Она действительно плетет паутину по направлению от центра к кромке. Но это еще не окончательный вариант полупрозрачной и липкой ловчей сети. Пока что паучиха создает “вспомогательную”, одноразовую спиральную нить, которая даст ей возможность потом сплести клейкую спираль. Первая спиральная сетка нелипкая и не такая частая, как клейкая паутина, которая будет в конце концов изготовлена. Ею насекомое не поймаешь. Но она прочнее постоянной. Она придает паутине жесткость и держит ее, а паучихе, когда та наконец приступит к плетению настоящей – липкой – спирали, обеспечивает безопасность при перемещении между радиальными нитями. Чтобы добраться от центра до внешнего края, достаточно семи-восьми витков вспомогательной спирали. Построив “леса”, паучиха отключает свои паутинные железы, которые вырабатывают нелипкую нить, и расчехляет тяжелые орудия – конические паутинные трубочки, которыми оканчиваются протоки желез, предназначенных для выработки смертельно липкого шелка. Теперь она движется обратно, от кромки к центру, и укладывает витки плотнее и равномернее. Временная спираль нужна ей не только как подмости, но и для визуального – а строго говоря, тактильного – контроля. В процессе работы паучиха обрывает отслужившие свое вспомогательные нити. С новой, тонкой и липкой спиралью, аккуратно переплетенной с радиальными нитями, с аккуратными узелками, паутина выглядит, как тонкая ячеистая или рыболовная сеть. Кстати сказать, временная шелковая нить не выбрасывается, ее фрагменты свисают с радиальных нитей – впоследствии, когда паучиха примется пожирать паутину, она съест и их заодно. Возможно, она не поедает отработанный шелк сразу, чтобы не тратить время на отделение фрагментов от основных радиальных нитей.

Когда паучиха, совершая виток за витком, добирается до центрального узла нитей, паутина практически готова. Теперь надо отрегулировать натяжение нитей – это кропотливая и тонкая работа, сродни настройке скрипки. Закрепившись в центре, самка паука осторожно поддергивает нити лапками, чтобы проверить натяжение, при необходимости укорачивает или удлиняет их, а затем поворачивает и повторяет все операции в другом секторе. Некоторые пауки оплетают сердцевину причудливым узором, что позволяет им скорректировать натяжение.

Ассоциации со струнными инструментами поднимают мужскую тему. До сих пор я все время говорил о самках не потому, что самцы не плетут паутину – еще как плетут, и даже недавно народившиеся паучата способны смастерить миниатюрную ловушку, – просто самки крупнее и более приметны. А если учесть, что пауки независимо от пола и возраста стараются сожрать все, что шевелится и меньше их самих, то станет ясно, как тяжела доля самца. Пауки входят в рацион жуков, муравьев, многоножек, жаб, ящериц, землероек и множества птиц. Целые группы ос ловят исключительно пауков и скармливают их своим личинкам. Но самые страшные для паука хищники – это, наверное, другие пауки, и родственные связи тут во внимание не принимаются. Смертельная опасность грозит любому пауку, угодившему в ловушку своего более крупного собрата, но если самец собирается исполнить свой долг, он точно должен быть готов рискнуть жизнью.

Как паук будет решать свои проблемы, зависит от конкретного вида. Бывает, что кавалер преподносит избраннице муху в шелковом свертке. Он дожидается, пока паучиха вопьется в муху, и лишь потом подкатывается к ней с любовными намерениями. Если он не заготовил подарка, его самого могут съесть. Хотя иногда пауку удается уйти от расправы – например, подсунуть даме пустой сверток или после совокупления вырвать кусок из пасти подруги и удрать с ним, чтобы отдать его другой самке. Самцы других видов рассчитывают на относительную уязвимость паучихи в тот момент, когда она скинула старый панцирь, а новый еще не нарастила. Именно в это время паук испытывает прилив чувств – насколько он вообще на это способен, – и некоторые виды спариваются только сразу после линьки: самка становится мягче и сговорчивей – или, по крайней мере, менее агрессивной.

Другие виды выбирают более честную тактику, что и привело меня к этому лирическому отступлению. Среда обитания пауков заполнена упругим шелком. Шелковые нити играют роль дополнительных конечностей, чувствительных усиков, чуть ли не заменяют паукам глаза и уши. По тому, как натягиваются и провисают нити, как меняется баланс натяжения, они распознают происходящие события и явления. Струны женской паучьей души сделаны из прочного, хорошо натянутого шелка. Если самец хочет оплодотворить самку и не быть при этом съеденным – или хотя бы оттянуть минуту казни, – он должен овладеть искусством игры на этих струнах. Даже у Орфея не было столь сильного побудительного мотива. Бывает, что паук сидит на кромке женской паутины и перебирает нити, словно струны арфы (рис. 2.5). Такие ритмичные сигналы не могут исходить от запутавшегося в сети насекомого, и, видимо, они настраивают паучиху на мирный лад. Нередко самцы остаются на удалении от паутины самки, но цепляют к ней собственную “нить спаривания”. Они пощипывают ее, будто играют на однострунном инструменте в шумовом оркестре. Колебания передаются по нити и распространяются по всей женской паутине. Вибрация притупляет хронический голод паучихи и манит ее прогуляться по “канату любви” к источнику подергиваний, где и происходит спаривание. Для бренного тела паука роман не всегда имеет счастливый конец, зато его бессмертные гены благополучно оседают в организме самки. В мире полно пауков, чьи предки по мужской линии погибли после совокупления. Тех пауков, чьи потенциальные предки не считали спаривание приоритетной задачей, миру не суждено было увидеть.

Рис. 2.5. На безопасном расстоянии: самец присоединяет свою “нить спаривания” к паутине самки.

Прежде чем завершить тему секса и шелка, расскажу вам еще одну историю, и думайте, что хотите. У некоторых видов пауков самцы перед спариванием связывают самок паутинным шелком, как лилипуты Гулливера (рис. 2.6). Логично было бы предположить, что половое влечение временно берет верх над хищническими инстинктами паучихи, и паук пользуется этим, связывая ее и тем самым обеспечивая себе возможность сбежать, пока к подруге не вернулся аппетит. Я лишь пересказываю то, что слышал: факт тот, что самка после спаривания без труда рвет путы и уходит восвояси. Может быть, ритуальное связывание – это символический отголосок древних, более жестоких повадок. Или самку просто лишают свободы на время, достаточное для того, чтобы улепетывающий самец получил фору. В конце концов, ему нет резона приковывать ее к земле навечно: чтобы отложить яйца, она должна оказаться на воле, иначе его сопряженное со смертельным риском предприятие с самого начала будет обречено на провал.

Рис. 2.6. Самец опутывает паутиной более крупную самку.

Вернемся к нашей основной теме – круговым ловчим сетям и к тому, как пауки их плетут и эксплуатируют. Мы оставили паучиху в центре паутины, на завершающей стадии строительства, когда она готовится отрегулировать натяжение нитей. В дополнение к перечню задач и их решений надо сказать, что сеть, достаточно тонкая для ловли насекомых, чересчур тонка для того, чтобы сама хозяйка могла ее пересечь. Чтобы добраться с одного края паутины на другой, пауки часто прибегают к несложному приему – оставляют “свободную зону”. Обычно это участок без липких спиральных нитей, охватывающий кольцом середину сети. Некоторые виды, например рода Zygiella, довольствуются одним сектором. Я сказал, что подобная дыра служит проходом от одного края паутины к другому, но на самом деле ее значение не столь важно, как может показаться, потому что Zygiella, в отличие от многих других пауков, не застревает в центре паутины. Она устраивает себе убежище в виде трубочки ближе к кромке – а причина, по которой она это делает, подводит нас к новой паучьей проблеме.

Как мы уже знаем, саму паучиху тоже могут съесть – например, птица. Обычно тоненькую паутину видно плохо – разве что свет падает под нужным углом или она покрыта капельками росы. Самый заметный элемент паутины – собственно ее творец, тупо сидящий посередине. Если ты жирный и слишком заметен для птицы, лучше бы тебе выбрать местечко где‐нибудь снаружи. С другой стороны, паукам при их охотничьих повадках просто необходимо подолгу сидеть в засаде, поджидая жертву, и вроде бы самое подходящее для этого место – как раз серединка паутины, где пересекаются все нелипкие магистральные пути. Без компромисса эту дилемму не решить, и пауки разных видов выбирают свои варианты. Наша самка Zygiella может расположиться за пределами паутины, но не слишком далеко от центра событий. От ее наблюдательного пункта к середине паутины тянется сигнальная нить, поэтому паучиха всегда начеку. Туго натянутая сигнальная нить немедленно передает колебания поджидающей самке. В любой момент паучиха готова устремиться по сигнальной нити к центру, а оттуда по радиальной дорожке – прямиком к отчаянно бьющейся в сетях добыче. Сигнальная нить проходит ровно посередине открытого участка, о котором я только что говорил. Поскольку вопрос о назначении открытого участка мы еще не закрыли, скажу, что, возможно, липкий трап был бы препятствием на пути бросившегося в атаку паука. А может, по перехваченной поперечными витками сигнальной нити хуже передаются колебания.

Zygiella предпочитает караулить жертву за пределами паутины и, когда та пытается вырваться на волю, очевидно, расплачивается за небольшое опоздание (вы скоро поймете, почему так важна хорошая реакция). Другое, тоже компромиссное решение – вести слежку из центра, но попытаться стать как можно незаметнее. Нередко пауки ткут в середине паутины плотный шелковый коврик, чтобы спрятаться за ним или замаскироваться на его фоне. В паутине может быть целая полоса, и даже не одна, очень плотного плетения зигзагом, отвлекающая внимание от паучихи, которая притаилась в самой ее гуще, – хотя есть мнение, что на самом деле эти полосы нужны паукам для тонкой регулировки натяжения нитей. Иногда в сетке встречаются орнаменты, похожие на пауков; в литературе высказывалось предположение, что такие обманки принимают на себя удары птичьих клювов. Впрочем, предлагалась альтернативная гипотеза – совсем о другом назначении подобных узоров. Сгусток нитей отражает невидимые для нас ультрафиолетовые лучи таким образом, что глаз насекомого воспринимает его как клочок голубого неба – иначе говоря, дыру.

Как я уже говорил, сразу после попадания насекомого в сеть паук должен со всех ножек бежать к месту происшествия. Куда спешить? Почему бы не подождать, пока насекомое не устанет бороться? Дело в том, что пленник часто выходит из борьбы победителем. Насекомым, особенно крупным сильным осам, нередко удается вырваться на свободу. Даже если узник не сумеет улететь, ущерб для паутины может оказаться весьма значительным. Итак, встает следующий вопрос – как утихомирить угодившую в сети добычу.

Первый способ прост до примитивности. Ориентируясь по дрожанию нитей, которые дергает застрявшее в паутине насекомое, быстро добраться до него. Если оно оставит попытки освободиться раньше, чем его найдут, можно попробовать определить его местонахождение по натяжению радиальных нитей – постараться понять, какая из них оказалась под нагрузкой. Отыскав насекомое, надо атаковать его и ввести смертельную или парализующую дозу нервно-паралитического яда. У большинства видов пауков имеются острые полые хелицеры с ядовитыми железами – некоторые пауки, например, знаменитая черная вдова, опасны и для нас, хотя, как правило, пауки не способны проколоть кожу, а даже если и способны, порции яда не хватит для того, чтобы нанести вред крупному животному. Вонзив ядовитые хелицеры в жертву, паук еще несколько минут ждет, пока она не затихнет.

Ядовитый укус – самый распространенный, но далеко не единственный способ усмирить сопротивляющуюся жертву. В большинстве других случаев пауки, как и следует ожидать, используют паутинный шелк. Зачастую даже перед тем, как укусить насекомое, пауки-кругопряды в дополнение к той паутине, которая уже оплела ноги и туловище жертвы, еще больше ее опутывают. Опасного врага – например осу – паук обычно душит, буквально пеленая его в белый шелковый саван, после чего наносит последний удар – пронзает шелковую оболочку хелицерами.

Бабочки и мотыльки с огромными чешуйчатыми крылышками создают пауку лишние трудности. Чешуйки легко сбросить. Если взять мотылька в руки, на пальцах останется пыльца, состоящая из чешуек. По-видимому, пыльца уменьшает липкость нитей, поэтому осыпающиеся чешуйки помогают мотыльку выбраться из сети. Когда мотыльку грозит опасность, он складывает крылышки и падает на землю. По этой ли причине или просто потому, что на его крылышках еще остаются обрывки паутины и он не может летать, вырвавшийся из ловчей сети мотылек часто так и делает – падает на землю. Это открывает перед пауком новые перспективы, чем он не преминет воспользоваться.

Майкл Робинсон, ныне директор вашингтонского Национального зоопарка, и его жена Барбара нашли в джунглях Новой Гвинеи необычную паутину (рис. 2.7а). Паутина как паутина, но вниз от основного круга тянулась вертикальная полоса паутины же длиной почти в метр. Паук сидел наверху, в гуще переплетения. Влетев в сеть, мотылек мог бы свободно свалиться вниз. Однако веревочная лестница существенно удлиняет паутину, и мотылек может угодить в эту дополнительную ловушку. Пока он будет там трепыхаться, пыльца израсходуется, к тому же он дольше пробудет в плену, поэтому более вероятно, что паук успеет сбежать по лесенке и нанести последний решающий удар. Вскоре после открытия Робинсона его коллега Уильям Эберхард обнаружил такую же ловчую сеть в Новом Свете, в Колумбии (рис. 2.7b). О том, что оба изобретения, в Новой Гвинее и Колумбии, были сделаны независимо друг от друга, свидетельствует тот факт, что второй паук сплел основную (круговую) часть паутины не на верхушке лестницы, а внизу. Однако эффект тот же, и причина появления такой конструкции, очевидно, тоже общая – оба паука питаются преимущественно мотыльками.

Рис. 2.7. Два случая независимой эволюции паутины-лесенки – в Новой Гвинее (а) и в Колумбии (b).

Впрочем, веревочная лестница – лишь один из возможных способов удержать добычу, который хорошо работает против мотыльков. Некоторые виды пауков применяют другой метод – пружинные ловушки. Паук из рода Hyptiotes вместо полного круга плетет только треугольник с четырьмя осевыми линиями. От вершины треугольника отходит дополнительная нить, которая обеспечивает натяжение всей сети. Но этот канат не крепится к твердой поверхности – его конец держит сам паук. Таким образом, паук – или паучиха – играет роль связующего звена между паутиной и жесткой опорой. Он натягивает канат передними ногами, а третьей парой ног держит свободную петлю ловушки. Притаившись в засаде, самка паука поджидает жертву. Когда в паутину врезается насекомое, она реагирует мгновенно. Отпускает петлю, в результате чего сеть оплетает и обездвиживает насекомое, и одновременно спрыгивает на канате к своей жертве. Далее она может два-три раза подпрыгнуть, качаясь на канате, чтобы подтянуть его и выпустить позади себя еще немного шелка. Итог: насекомое безнадежно увязло в тугой сети. Паучиха опутывает его дополнительными витками шелка и уносит хорошо упакованную добычу. Лишь теперь она укусит беднягу, выпустит ядовитый секрет и через шелковую оболочку высосет разжиженную массу. Треугольная сеть не подлежит восстановлению, придется опять начинать строительство с нулевого цикла.

По-видимому, пауки Hyptiotes таким образом решают следующую проблему: сильно натянутая паутина хороша для поимки насекомых, но при энергичной борьбе сильное натяжение – это скорее минус. Если вы насекомое и вас угораздило влететь в липкую ловушку, вам будет легче выскочить из тугой сетки, чем из провисающей. От слабо натянутых нитей не оттолкнешься, и вы еще больше завязнете в липком шелке. Для захвата насекомого на лету и для того, чтобы потом не позволить ему выпутаться, требуется разное натяжение нитей, подобно тому, как у сверхзвукового самолета оптимальная форма крыла различна в зависимости от приоритетной цели – оторваться от земли или набрать нужную скорость в полете. Форма крыла одних самолетов годится с небольшими компромиссами для обоих режимов, в то время как изменяемая геометрия крыла истребителя позволяет всегда достигать максимальной выгоды, пусть и ценой увеличения затрат на сложную механику. Паук рода Hyptiotes плетет паутину с изменяемым натяжением нитей.

Пауки-крестовики, как правило, натягивают сеть с прицелом на первичный захват насекомого и уповают на то, что успеют добежать по паутине до жертвы и взять ее в плен раньше, чем она улетит. Другие пауки выбирают иной путь и плетут изначально рыхлую паутину (рис. 2.8). Пауки рода Pasilobus делают треугольник с одиночной нитью, рассекающей его надвое. Липкие нити – их всего несколько – не натянуты. Хитрость заключается в том – и это еще одно интересное открытие, которое сделали Майкл и Барбара Робинсон в Новой Гвинее, – что эти нити легко оборвать на одном из концов. Насекомое – скажем, муха, – влетев в паутину и прилипнув к ней, тут же обрывает нить у специально устроенного неустойчивого к обрыву узла, но все равно прилипает к другому концу нити. Дальше она крутится, словно игрушечный самолетик на веревочке. Теперь для паука вытянуть нить и прикончить жертву – дело техники. Такая схема имеет, в частности, все то же преимущество – поскольку конструкция болтается и нет точки опоры, насекомое не в состоянии бороться. А может быть, схема с рвущимися нитями хороша прежде всего тем, что позволяет решить уже известную нам задачу – погасить удар насекомого о сетку, когда оно влетает в нее на высокой скорости, так чтобы сетка не отбросила его, словно батут. Возможно, треугольная ловушка пауков Pasilobus – это сокращенная версия полной круговой паутины. Во всяком случае, пауки другого рода, Poecilohachys, плетут круговую паутину с тем же принципом действия. Их сети, в отличие от типичной круговой паутины, расположены не вертикально, а горизонтально.

Рис. 2.8. Треугольная паутина паука Pasilobus с нитью, легко обрывающейся с одного конца.

Если рассматривать треугольник пауков Pasilobus как уменьшенный вариант этой полноценной круговой ловчей сети, то можно и дальше экстраполировать ряд вплоть до предельного случая – единичной нити с шариком на конце, которую используют пауки-арканщики (боладоры, род Mastophora, рис. 2.9). Болас, или бола, изобретение южноамериканских индейцев, напоминает пращу; нынешние скотоводы испано-индейского происхождения и сейчас его используют – например, чтобы ловить в прерии не умеющих летать нанду. Болас представляет собой веревку с грузом на конце, круглым камнем или каменным шаром. Груз кидают так, чтобы веревка обмотала ноги птицы и она упала. Чарльз Дарвин в молодости упражнялся с боласом, сидя верхом на лошади, и ухитрился ее же и изловить, чем здорово развеселил ковбоев… хотя лошадь вряд ли разделила их радость. На эту паучью удочку неизменно клюют самцы мотыльков-совок, или ночниц, и на то есть причина. Ночницы-самки приманивают партнеров издалека, испуская своеобразный аромат. Пауки выделяют вещество с похожим запахом, который увлекает мотыльков на верную гибель. Паучий “болас” – это увесистый шарик, закрепленный на конце шелковой нити, другой конец которой паук держит одной ногой. Он раскачивает болас, пока не обмотает мотылька, а затем подтягивает добычу к себе. Это гораздо более высокотехнологичное орудие, нежели примитивная ковбойская сумка с камнями. На самом деле это плотно скрученный шелковый канат, помещенный в каплю воды, наподобие клейких капель в круговой паутине. Когда паук забрасывает свой болас, канат разворачивается, словно леска спиннинга. Если он коснется мотылька, тот прилипнет, и шарик будет описывать круги. Далее события развиваются так же, как в сценарии с провисающими нитями. Туго спеленутый мотылек получает инъекцию яда. Пауки с боласами обитают в Южной Америке – кто знает, может индейцы, увидев, как охотятся пауки, взяли их идею на вооружение.

Рис. 2.9. Паук-арканщик (боладор).

Мы рассмотрели различные варианты полных и усеченных круговых паутин. Пора вернуться к собственно круговой паутине. В конце предыдущей главы мы задались вопросом о том, как с помощью программы биоморфов – компьютерной модели искусственного отбора – создать модель естественного отбора, где в роли селекционера выступал бы не человек, а равнодушная природа. Выяснилось, что биоморфы имеют существенный недостаток – у них нет ничего общего с реальным физическим миром, в котором надо выжить и либо победить, либо проиграть. Мы можем условиться, что какие‐то биоморфы будут хищниками, охотящимися на другие биоморфы – жертвы. Но непонятно, как естественным путем, без дополнительных условий догадаться, какие свойства биоморфов помогают или мешают им охотиться и уходить от преследования. У одного из биоморфов с рис. 1.16 (стр. 48) можно при желании различить страшные клыки, с которых капает хищническая слюна. Но его разверстая пасть неподвижна и не функционирует в живой природе, где клыки могли бы прокусить панцирь или шкуру, поэтому, как ни фантазируй, наяву этот кошмар не увидишь. Клыки и шкура – всего лишь комбинация пикселей на плоском светящемся экране. Острота зубов, сила, хрупкость и ядовитость – на экране монитора все эти параметры без придуманных описаний, которые программист произвольно облек бы в цифры, не имеют смысла. Можно протестировать ходилку-стрелялку типа “цифры против цифр”, но рисованное воплощение цифровых значений будет носить чисто косметический, не нужный для действия характер. Понятно, что придуманные описания и произвольные цифры в реальности ничего не означают. Вот на этом самом месте в конце предыдущей главы мы, вздохнув с облегчением, вернулись к теме паутины. Паутина – это природный объект, который можно воспроизвести без произвольных допущений.

В живой природе работающая круговая паутина плоская. Сквозь крупноячеистую сеть муха пролетит беспрепятственно. Если ячейки слишком мелкие, пауки-конкуренты добьются примерно тех же результатов при меньших затратах на шелк, а следовательно, оставят после себя больше потомства и передадут ему свои рационализаторские варианты генов. Естественный отбор приводит к разумному компромиссу. Нарисованная в компьютере паутина взаимодействует с такими же нарисованными мухами, причем ее свойства таковы, что взаимодействия отнюдь не произвольны. Размер ячеек – величина, вовсе не бессмысленная по сравнению с размерами компьютерной “мухи”. Столь же значимый параметр – суммарная длина линий (“затраты на шелк”). Сделав небольшую скидку на искусственность модели, можно рассчитать эффективность ловчей сети как соотношение этих величин. Можно даже учесть в компьютерной модели чуть более сложную физику – впервые это сделали Фриц Фольрат, у которого я и почерпнул многое из того, что здесь написал, и его коллеги, физики Лоррен Лин и Дональд Эдмондс. Гораздо проще описать “упругость” и “остаточную деформацию” компьютерной “паутины”, чем, скажем, “проворство” “убегающей” от цифрового “хищника” “жертвы” или ее “бдительность” при “определении его местонахождения”. Однако в этой главе нас больше интересует имитация процесса создания паутины.

Программист может записать правила для компьютерной модели паука, используя результаты полевых наблюдений – знания о повадках живых пауков и о критических моментах, которые определяют их линию поведения. Профессор Фольрат и его интернациональная исследовательская группа – бесспорные лидеры в этой области, и у них была прекрасная возможность подытожить свой опыт в компьютерной программе. Компьютерная программа действительно дает шанс систематизировать накопленные сведения о любом наборе правил. Собрать в компьютере имеющийся пул информации о зафиксированных наблюдателями движениях паука, который плетет паутину, вызывался Сэм Чокке, один из членов команды. Он назвал свою программу MoveWatch. Питер Фукс и Тимо Кринк, опираясь на работы Ника Готта и Алуна ап Ришарта, сосредоточились на обратной задаче – создании виртуальных “пауков”, которые ловят виртуальных “мух”. Эта программа получила название NetSpinner.

На рис. 2.10 показано, как в программе MoveWatch выглядят передвижения самки Araneus diadematus в процессе плетения паутины. Заметьте, что, несмотря на бросающееся в глаза сходство с сетью, это не изображение паутины. Мы видим хронологическую картину передвижений самки паука. Паучиху, занятую строительством ловчей сети, снимали на видеокамеру. Информацию о ее положении в различные последовательные моменты времени вводили в компьютер как пару прямоугольных координат. Затем компьютер последовательно соединил точки линиями. Так, линии “липких спиралей” (рис. 2.10е) отражают траекторию самки на этапе создания липких спиралей. Положение самих липких спиралей эти линии не отражают. В противном случае они выглядели бы ровнее. Те волнистые сгущения, которые мы видим, говорят о том, что паучиха в процессе укладывания липких витков опиралась на временные вспомогательные спиральные нити (рис. 2.10d).

Рис. 2.10. Хроника перемещения паука Araneus diadematus в процессе плетения паутины, отраженная на компьютере в программе Сэма Чокке MoveWatch: (a) и (b) подготовка; (с) радиальные линии; (d) вспомогательные нити; (е) липкие нити; (f) наложение всех стадий.

Эти картинки – не модели поведения компьютерных пауков. Наоборот – это компьютерное описание поведения живого паука. Теперь обратимся к дополняющей программе NetSpinner – к поведению некоей идеальной вымышленной особи. Можно было создать модель поведения любого гипотетического паука. NetSpinner воспроизводит действия ненастоящего паука точно так же, как программа с биоморфами моделирует анатомию насекомоподобных форм. Паутина на экране рисуется по правилам поведения, которые меняются под влиянием “генов”. Гены – как и у биоморфов, просто цифры, записанные в памяти компьютера, – передаются из поколения в поколение. В каждом поколении “поведение” вымышленного паука и, следовательно, геометрия “паутины” зависят от генов. Так, один из генов может влиять на угол между радиальными нитями: мутация, то есть изменение для компьютерного паука цифрового значения соответственно какому‐то правилу поведения, приведет к изменению количества радиальных нитей. Как и в программе с биоморфами, при переходе от одного поколения к другому цифровые значения генов могут незначительно меняться. Эти мутации становятся заметны по изменению формы паутины, а значит, являются объектом для селекции.

Шесть изображений паутины, показанные на рис. 2.11, можно рассматривать как биоморфы (точки пока во внимание не принимаем). Паутина вверху слева будет родителем. Остальные пять – мутировавшие отпрыски. Конечно, в жизни паутина не дает потомства, то есть “дочерние паутины” – это пауки, которые плетут паутину, рождают других пауков, которые тоже плетут паутину. Но в этих моих словах о паутинах кроется важная информация, применимая к организмам. У людей гены, определяющие особенности детей, возникают из генов, определяющих особенности родителей. В компьютерной модели те варианты генов, которые, меняя поведение не видимого на экране воображаемого паука, определяют вид родительской паутины (вверху слева), мутировали, и в результате появились другие варианты генов, определившие вид дочерних паутин на остальных пяти картинках.

Рис. 2.11. Сгенерированные в компьютере паутины под градом компьютерных мух. Программу NetSpinner создали Питер Фукс и Тимо Кринк.

Мы, конечно, могли бы, взглянув на все шесть паутин, выбрать одну для дальнейшего разведения, как мы выбирали биоморфов. Это означало бы, что при наличии мутации мы выбрали варианты генов этой паутины для передачи по наследству. Но это был бы искусственный отбор. Мы отказались от биоморфов и перешли к паутине ради возможности создать модель естественного отбора, когда критерием служит не эстетская блажь человека, а поддающийся измерению параметр – эффективность ловли мух.

Давайте посмотрим на картинки. Компьютер хаотически рассеивает по паутинам мух. Если приглядеться, можно заметить, что во все шесть паутин была вброшена одна и та же комбинация мух. В отличие от живой природы, в компьютерном мире так будет всегда, если только вы не смените тактику и не дадите другую команду. В данном случае это не важно, так даже удобнее сравнивать разные паутины. Сравнивать – в частности значит с помощью программы подсчитывать количество мух, “пойманных” каждой паутиной. Если бы больше ничего не требовалось, лучшей следовало бы признать паутину внизу справа, так как к ее спиральным нитям прилипло больше всего мух. Но мушиная кучка – не единственный значимый параметр. Необходимо учесть и затраты на шелк. Меньше всего шелка ушло на паутину вверху в середине, и в отсутствие других критериев она победила бы. На самом деле лучшая паутина – та, что улавливает больше всего мух за вычетом затрат на шелк, которые рассчитываются как функция длины нитей. По результатам такого уточненного расчета наиболее выигрышной является паутина, изображенная внизу в середине. Она‐то и будет выбрана для продолжения рода и передачи определяющих ее вариантов генов следующему поколению. Как и в программе с биоморфами, производство потомства от лучшей особи в течение многих поколений поддерживает устойчивость эволюционного тренда. Но если эволюцию биоморфов направляет в нужное русло исключительно воля человека, то в программе NetSpinner эволюция автоматически идет в сторону повышения КПД паутины. Мы получили то, что хотели – модель естественного отбора, а не искусственного. К чему приведет эволюция при таких условиях? Поразительно, насколько правдоподобно выглядят паутины, за одну ночь проскочившие сорок поколений эволюции (рис. 2.12).

Те картинки, что я здесь привожу, получены в программе NetSpinner II, над которой в основном работал Питер Фукс (NetSpinner I – это черновая версия, и ее мы обсуждать не будем). Разработанные Тимо Кринком более поздние версии этой программы составляют конкуренцию биоморфам еще в одном важном вопросе. В NetSpinner III добавлено размножение половым путем. Биоморфы и объекты программы NetSpinner II размножаются только бесполым путем. Что мы имеем в виду, когда говорим о половом способе размножения компьютерных пауков? Вы не увидите на экране акта спаривания с вероятным каннибалистическим финалом, хотя, очевидно, это можно было бы устроить. Просто в программе происходят характерные для полового размножения взаимодействия – рекомбинация половины генов одного родителя с половиной генов другого родителя.

Рис. 2.12. Последовательные превращения паутины, смоделированной в программе NetSpinner, с интервалом в пять поколений. На каждое превращение потребовалась примерно одна ночь.

Вот как это работает. В каждом поколении имеется особая группа в полдюжины пауков, каждый из которых плетет свою ловчую сеть; это локальная популяция, или дем. Геометрия паутины зависит от хромосомы, то есть цепочки генов. Как мы уже знаем, роль гена такова, что он оказывает влияние на специфический “закон” строительства ловушки. Затем в паутину вбрасывают мух. Качество паутины все так же определяется по функции количества пойманных “мух” с вычетом затрат на использованный шелк. В каждом поколении погибает определенный процент пауков – тех, чьи ловчие сети работают хуже всего. Выжившие пауки спариваются в произвольном порядке и дают жизнь новому поколению. Под спариванием подразумевается, что хромосомы двух пауков выравниваются относительно друг друга и обмениваются своими участками. Казалось бы, странная, надуманная схема, если не вспомнить, что при размножении половым путем живые хромосомы – и наши, и паучьи – именно так себя и ведут.

Процесс продолжается, популяция развивается от поколения к поколению, но с одним дополнительным плюсом. Это уже не один дем, в который входят шесть пауков, а, допустим, три полунезависимых дема (рис. 2.13). Эволюция каждого из трех демов протекает независимо, но отдельные особи периодически мигрируют из своего дема в другой и переносят свои варианты генов. В четвертой главе мы поговорим о теоретическом обосновании такой миграции. Сейчас мы можем лишь отметить, что все три группы эволюционируют с повышением качества паутины – в сторону более эффективной ловли мух. Иногда популяция встает на тупиковый путь развития. Варианты генов пауков-мигрантов сродни притоку свежей крови в жилах другой популяции. Можно сказать, сильная подгруппа отдает свои варианты той, что послабее, тем самым подсказывая ей более выгодный способ создания ловчей сети.

Во всех трех популяциях первое поколение включает в себя паутины разных форм, в большинстве своем с невысоким КПД. Мы видим, что по мере смены поколений, как и в случае неполового размножения (рис. 2.12), происходит постепенный переход к более качественным и эффективным вариантам. Но теперь “свежая кровь” распределяется за счет полового размножения, поэтому отдельные экземпляры в деме довольно похожи друг на друга. С другой стороны, генетически они являются отпрысками других демов, так что и различия достаточно заметны. На какой‐то стадии в одиннадцатом поколении гены двух паутин из дема 3 мигрировали в дем 2, то есть “инфицировали” дем 2 “кровью” дема 3. К пятидесятому поколению, а в некоторых случаях гораздо раньше, паутины превратились в прочные, надежные и экономичные ловушки.

Итак, можно воссоздать на компьютере некое подобие естественного отбора и получить искусственные ловчие сети, которые захватывают мух эффективнее, чем исходные. Это еще не подлинный естественный отбор, но существенный шаг вперед, больше приближающий нас к цели, чем полностью искусственная селекция биоморфов. Однако даже NetSpinner не воссоздает природный естественный отбор. Для того чтобы с помощью программы найти достаточно экономичные ловчие сети и выбрать наиболее пригодные для воспроизводства, требуется выполнить расчет. Программист должен сам определить стоимость “шелка” для данной паутины, причем в тех же единицах, что и ценность “мухи”. Он может, если захочет, изменить обменный курс. Например, удвоить “цену на шелк”. Тогда паутина большей площади или более плотная, на которую потратили больше шелка ради того, чтобы поймать больше мух, окажется менее пригодной для воспроизводства. Программист должен сам выбрать коэффициент пересчета. Это лишь один, самый очевидный пример конвертации. Коэффициент соответствия “мушиного мяса” вновь рожденным паучкам тоже должен задать программист. Он может быть любым. Сколько пауков погибает по разным причинам, не связанным с качеством паутины, также решает программист. Эволюция вида зависит от его волюнтаризма.