Category: животные

thinking

Ножки и крылышки

Вековечной мечтой человечества является что?

Грубо говоря, это существо с двумя или более крылышками и четырьмя ножками (в которые я включаю ручки). Тут тебе и Пегас, и драконы, и феи, и ангелы и пр. Таких тварей на планете нет. Либо две ножки и крылышки, либо шесть ножек и крылышки: досадное несовершенство. Однако, я верю, что справедливость может восторжествовать, и тому есть причины.

***

Две ножки понятно откуда берутся, это трагическое следствие 2+2=4: если у тебя четыре ножки, и две ножки мы используем на крылья, то остаются две ножки. Нет ничего печальнее птиц с их клювом. Глаза мои б не смотрели...

Вот если бы у нас было шесть ножек, две ножки можно было бы пустить на крылья, и оставалось бы еще четыре ножки. Были бы, например, переднекрылые, заднекрылые и среднекрылые. Возможно, были бы еще аналоги птиц, в которых в крылья превратились четыре ножки. Они бы тоже делились на среднезаднедвукрылых, переднезаднихдвукрылух, и переднесреднихдвукрылых. Дух захватывает от открывающихся перспектив. Но тупая земноводная скотина, от которой происходят тетраподы, загубила все это многобразие на корню. Ей было все равно, сколько иметь мясистых плавников, чтобы пресмыкаться по девонским болотищам. Их могло быть шесть или восемь, но хватало и четырех, и теперь у нас всего-то четыре ножки. А на четырех ножках ходить - инженерный нонсенс. Из шести ног можно сделать два устойчивых трипода и шагать ими по очереди, что и делают насекомые. А тетраподы миллионами лет переваливались на своих лапищах. Им бы полетать, но на двух ногах, приделанных по бокам, ходить невозможно. Пришлось ждать, пока из четырех ног соорудили нечто приемлемое. И только тогда возник вопрос о полетать.

Тут педанты возразят: что же, у нас кроме ножек ничего нет, чтоб делать крылышки? И педанты будут правы. Нет очевидных причин, почему нельзя использовать ребра (ящерицы и змеи их используют, чтоб парить в воздухе). Можно натягивать перепонки между ножками. Однако, все известные примеры такого полета - пассивные. Я думаю, это следствие вот чего: крылышки, кроме того, чтоб ими летать, мало на что пригодны, и поэтому имея крылышки летать нужно очень, очень хорошо. Ведь на одних крылышках далеко не улетишь: нужно много других адаптаций к полету. Это то, что по-английски называется binding commitment. А перепонки - ни туда и ни сюда, ни нашим ни вашим, шаг вперед, два шага назад. Как парили себе кое-как миллионы лет, так и будут.

У педантов есть другая карта. Ранняя эволюция насекомых (самых многочисленных животных на планете, между прочим) и их полета (т.е., адаптации, которая сделала их таковыми) очень плохо поняты, темные материи. Лет десять назад питали надежды, что эво-дево внесет какую-то ясность, но ничего из этого не вышло, и на что надеяться, непонятно. Теории возникновения полета насекомых поражают своей фантастичностью и слабостью оснований. Я нашел изложение основных групп теорий с картинками
http://somethingscrawlinginmyhair.com/2013/03/30/the-origin-of-insect-wings/

Теории делятся на четыре категории: де ново, из ножек, из жабр и из комбинаций одного с другим. Никто, как ни странно, не предлагает, что у насекомых было сначала 8-10 ножек, но 1-2 пары стали крылышками, хотя история тетраподов невольно наводит на такие мысли (у пауков восемь ножек, вычитаем две, получаем шесть). "Ножки" в теориях - сдвоенные. Слабенькие, ненужные ножки перекочевали на спину и стали там нужными крылышками. Де ново - это выросты на панцире, работающие то ли как парашютики, то ли как радиаторы, то ли как паруса (для предков водных насекомых). Конечно, придумать мало-мальски правдоподобный сценарий, в котором такие штуки обрастают нервами, мускулами и становятся крыльями непросто (ножки и жабры, напротив, приходят в комплекте с необходимым). Не будем придираться: факт, что для насекомых еще обсуждается возможность возникновения крылышек не из ножек. И если такое в принципе возможно, если крылышки могут возникать из иных структур, чем ножки, то в принципе возможно и для четвероногих обзавестись крылышками, почему нет. Если есть насекомые с крылышками неизвестно откуда, почему не быть четвероногим с крылышками неизвестно откуда?

На это я отвечу, что переделывать ножки на крылышки неизмеримо проще, чем сляпать их де ново. Управляемый полет у позвоночных возникал несколько раз, и каждый раз крылышки были из передних ножек (карабкаться наверх). Если завтра не станет птиц и летучих мышей, следующей их реинкарнацией будет что-то на двух ножках с крылышками. Я так же не могу себе представить, что утерявшие полет насекомые или нелетающие членистоногие могут обменять две или четыре ножки на крылышки, хотя такой вариант трудно исключить (летающим это не нужно). Трудно представить, что если подобное возможно, оно не случилось бы за последние 400 миллионов лет. Невозможно с нуля достичь совершенства. Мелких тварей сожрут насекомые, а крупными они не могут быть из-за отсутствия легких.

Поэтому единственный реалистический сценарий лежит на промежуточном звене: тетраподе-мутанте с шестью ножками. Но зачем тетраподу нужны шесть ножек? На четвереньках они не нужны, они могли бы быть нужны тем, у кого специализированные конечности. Скажем, две ноги и два комлекта рук (как у индийской богини). Или руки и две пары ног (как у кентавра). Я второго дня чинил плафон и думал, как здорово иметь еще одну пару рук.

Далее руки превращаются в крылья; из богини получаем фею, из Кентавра - Пегаса. Т.е. путь лежит через дупликацию пары конечностей у тетрапода с разделенной функциональностью конечностей. И, если подумать, то лучшего кандидата на такого тетрапода, чем мы сами сегодня не найти, по двум причинам. Во-первых, крайняя специализация передних и задних конечностей. Во-вторых, если по какой-то причине такая мутация станет распространяться, мы же не бросим наших шестиногих братьев? Не случайно мы их изображали тысячелетиями. А превратить ручки в крылышки природа сможет без нашей помощи. И весь наш гуманизм есть подготовка к этой важнейшей трансформации.

Не потому ли мы с таким упорством воображаем Пегасов и ангелов, что это видение будущего?

thinking

О звездном небе над головой

В это время года у нас едва можно пройти, не наступив.

История газона хорошо известна
https://en.wikipedia.org/wiki/Lawn#History
https://blogs.scientificamerican.com/anthropology-in-practice/the-american-obsession-with-lawns/
Местные травы не годятся на прокорм скотине, и колонистам пришлось импортировать семена "травы" и клевера из Старого Света. Из-за сильных колебаний температуры, лучше всего прижились азиатские травы. В 19-м веке до Америки дошла викторианская мода на спорт и английские парки, но из-за высокой цены выкашивания газоны оставались редкими. В середине 19-го века в Америке была изобретена косилка, к концу века селекционеры оптимизировали сорта трав, и к началу 20-го века пригородные газоны стали повсеместны - у богатых. Их массовое распространение восходит к 1950-м годам в подражание стилю жизни высших классов. Сегодня газоны преобладают, и действуют законы, обязывающие стричь траву. Пригородная необуколика требует не только идиллических лужков, но и озерков, их перемежающих. Коротко стриженная трава оказалась идеальным кормом для полуоседлых канадских гусей; обилие прудов в близком соседстве к пастбищам позволило им экспоненциально размножиться. Людей они не боятся. Да и чего им бояться, когда 20 лет они были на положении домашней птицы.

2.
Канадские гуси бывают побольше (оседлые) и поменьше (перелетные). Гуси в пригородах - гибриды. Оседлые гуси были почти полностью истреблены к 1960-м годам.

...By the early 20th century, overhunting and loss of habitat in the late 19th century and early 20th century had resulted in a serious decline in the numbers of this bird in its native range. The giant Canada goose subspecies was believed to be extinct in the 1950s until, in 1962, a small flock was discovered wintering in Rochester, Minnesota, by Harold Hanson of the Illinois Natural History Survey. In 1964, the Northern Prairie Wildlife Research Center was built near Jamestown, North Dakota. Its first director, Harvey K. Nelson, talked Forrest Lee into leaving Minnesota to head the center’s Canada goose production and restoration program. Forrest soon had 64 pens with 64 breeding pairs of screened, high-quality birds. The project involved private, state, and federal resources and relied on the expertise and cooperation of many individuals. By the end of 1981, more than 6,000 giant Canada geese had been released at 83 sites in 26 counties in North Dakota. With improved game laws and habitat recreation and preservation programs, their populations have recovered in most of their range. In recent years, Canada goose populations in some areas have grown substantially, so much so that many consider them pests for their droppings, bacteria in their droppings, noise, and confrontational behavior. This problem is partially due to the removal of natural predators and an abundance of safe, man-made bodies of water near food sources, such as those found on golf courses, in public parks and beaches, and in planned communities. Due in part to the interbreeding of various migratory subspecies with the introduced nonmigratory giant subspecies, Canada geese are frequently a year-around feature of such urban environments. Extremely successful at living in human-altered areas, Canada geese have proven able to establish breeding colonies in urban and cultivated areas, which provide food and few natural predators, and are well known as a common park species. Their success has led to them often being considered a pest species because of their depredation of crops and issues with their noise, droppings, aggressive territorial behavior, and habit of begging for food, especially in their introduced range.

Теперь этих гусей миллионы, и каждую осень они уделывают пол-Америки.

Соединение восстановленных гусей и подстриженных пригородных газонов произошло на моей памяти. Этого еще не было в истории: либо не было гусей, либо такого количества газонов. Первые осенние извержения, которые я видел, приходятся на середину 90-х: продукт более современный, чем персональный компьютер и интернет. В этом году плотность дерьмищ необыкновенная: вчера я оказался в ситуации, когда перешагнуть уже невозможно, и пришлось перепрыгивать (без разбега).

4.
Английские романтики, мечтающие о вольной жизни на зеленых просторах. Благородные души, спасающие от истребления редкие виды. Изобретатели, идеалисты и предприниматели, воплощающие светлые мечты. И все это для того, чтобы приблизиться к матушке-природе, чтоб мы прониклись ее величием и наполнились священным трепетом, заглянув в ночные небеса, выгуливая в парке собаку. И вот - результат этих усилий...

Может ли человеческая душа наполниться священным трепетом от созерцания созданного нашими же стараниями дерьма у нас под ногами?

thinking

Вьюрки. 3

У Воннегута корабль попадает на Галапагос наугад: на прогулoчной яхте сломано навигационное оборудование.

Давно существует подозрение, что у перелетных птиц есть магниторецепция - чуствительность к земному магнитному полю и его направлению. Эксперименты неоднозначные; органа, отвественного за это чувство, не нашли (достоверно). Птицы не полагаются на такое чувство всецело, и это часть проблемы экспериментальной проверки: ориентация по земле, солнцу и звездам преобладают.

В 2000-м году Клаус Шультен и его аспирант предложили, что магниторецепция имеет химическую природу; позднее мои оксфордские коллеги подхватили эту идею и ее продолжают
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10653784
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23368109

Предполагаемый эффект основан на том, что в глазу птиц свет возбуждaет молекулу-пигмент, которая распадается на два радикала: образует триплетную геминальную радикальную пару. Пара возникает из-за перехода в нижнее (нестабильное) триплетное состояние из возбужденного синглета под действием спин-орбитального взаимодействия: получается смешанное спиновое состояние пары, эволюционирующее во времени. Пара радикалов со спином 1/2 может быть синглетная или триплетная (по электронному спину, т.е. с полным спином 0=1/2-1/2 или 1=1/2+1/2). Отрекомбинировать назад в основное синглетное состояние молекулы пара может только из синглетного состояния (иначе радикалы расходятся и гибнут в побочных реакциях), поэтому выход рекомбинации зависит от того, сколько триплетных пар становятся синглетными за все время жизни пары. В сильном магнитном поле триплетные пары с ненулевой проекцией электронного спина на поле (Т+ и Т-) отделены Зеемановским взаимодействием от Т0 (триплетного состояния с нулевой проекцией), которое по энергии близко к синглету пары. Сверхтонкие взаимодействия электронных спинов с магнитными ядрами (протонами, азотом) в радикалах смешивают синглет пары с этим T0 состоянием. Если пара долгоживущая, Т0 состояние смешивается с синглетом и рекомбинирует. Чем лучше отделены T+ и Т- состояния, т.е. чем выше внешнее поле по сравнению сo сверхтонким, дипольным и обменным взаимодействиями в паре радикалов, тем больше магнитный эффект на выход рекомбинации. Когда зеемановское взаимодействия превышает остальные, эффект насыщается.

В очень низких полях существует другой эффект: в нулевом поле остаются многочисленные вырождения из-за того, что квантуется полный спиновый момент (электроны и ядра); внешнее поле порядка констант сверхтонкого взаимодействия разрушает вырождение. Так возникает чувствительность реакций к слабому полю. Этот тип чувствительности к полю в химических реакциях был открыт и объяснен мною с соавторами в конце 80-х годов (я случайно обнаружил его в вычислениях на тогда ставших доступными компьютерах; уже потом нашли этот предсказанный эффект в природе). Эффект был предложен для химической магниторецепции в птицах. Поскольку я его открыватель, мне регулярно слали на рецензии такого рода статьи (которые я оценивал исключительно по химии). Химия там, кстати, аховая (все из пальца высосанная), но меня заинтересовала магниторецепция как таковая. Так я стал о ней размышлять.

В химическую магниторецепцию в глазу я не верю: если есть яркий свет, необходимый для фотохимии, тогда можно и по солнцу ориентироваться. Магнитное чувство было бы более всего необходимо в условиях плохой видимости, особенно ночью. Но это предубеждение.

***

Меня заинтриговал другой аспект магниторецепции; я не видел его обсуждения. Дипольное земное магнитное поле порождается динамо-эффектом в жидком металлическом ядре, это поле нестабильно. Стохастически оно быстро (за сотни лет) меняет направление на противоположное. Долгие периоды стабильности диполя называются хронами; в промежуток между хронами дипольная компонента становится маленькой, и поле мультипольное.
https://en.wikipedia.org/wiki/Geomagnetic_reversal
Компас бесполезен в такой промежуток. Переходный период геологически короткий, но все же достаточно длинный, чтобы магниторецепция оказалась бесполезной на протяжении многих поколений. Возможна ли эволюция и сохранение магниторецепции? Получается, что она должна периодически "забываться", и переоткрываться вновь. Никакое другое чувство не имеет периодического характера. Даже внутри хрона возможны кратковременное изменение направления поля. Последнее такое событие было во время ледникового периода

The Laschamp event was a short reversal of the Earth's magnetic field. It occurred 41,400 (±2,000) years ago during the last ice age. The period of reversed magnetic field was approximately 440 years, with the transition from the normal field lasting approximately 250 years. The reversed field was 75% weaker whereas the strength dropped to only 5% of the current strength during the transition.
https://en.wikipedia.org/wiki/Laschamp_event

Предполагаемое время отбытия вьюрков на Галапагос (2.3 Mya) совпадает с последним периодом нестабильности магнитного поля, которое трижды меняло направление между 2-2.6 Mya. В переходные периоды, компас заводил бы в неправильное направление. Есть ли толк от магниторецепциии в эти периоды?

Я рассудил так: птицы следуют постоянным путям миграции. Даже если магнитное поле не дипольное, можно привязать карту направлений к карте ландшафтов и запомнить ее. В течении жизни одного поколения поле меняется медленно, и карту склонений можно постоянно корректировать. Но горе птице, сильно отклонившейся от маршрута. В дипольном поле у нее есть глобально верные ориентиры; в мультипольном их нету.

***

Историям про Сильный Ветер я не очень верю. Неслабый ветер нужен, чтобы доставить вьюрков из Эквадора на Галапагос! Если это ураган, он убьет птиц, а если это просто сильный ветер, то он стихнет. Почему птицы после этого продолжат полет на запад, а не вернутся обратно на восток? Уж это они могут определить по солнцу. Получается, необходим не только ветер, но и Плохая Видимость (а такая комбинация, да надолго, - ведь путь далекий - редкость). Если солнца-звезд не видно, по морю сухопутные птицы ориентироваться не смогут, не умеют; остается магниторецепция. Если и она нарушена, птицы могут полететь в неожиданном направлении и долететь до далеких островов или погибнуть. Я верю в ветер как причину сноса птиц в море, над которым они теряют ориентировку, однако, у птиц несколько "запасных" навигационных систем; эти системы должны отказать все - как у Воннегута. Ветер - идея, но ее мало.

Один сценарий потери ориентировки мне кажется особенно вероятным: комбинация ветра с извержением вулкана или супервулкана (а это в Южной Америке не редкость); частички вулканической пыли попадают высоко в атмосферу и рассеивают свет. Огромные пространства могут быть сильно запылены (вспоминается недавнее извержение вулкана в Исландии). Предположим, что вьюрков снесло ветром в море. Им остается только ориентироваться по магнитному полю, и если это редкое событие - цепочка злополучий - произошло в период межда (суб)хронами, когда магнитное поле мультипольно, птицы не смогут правильно определить даже стороны света, если они далеко от известного им коридора. Вьюрки полетят в абстрактном направлении.

***

Такое может происходить не только с вьюрками. Это логическое следствие магниторецепции как таковой: переходный период хронами потенциально чреват конфузами.

Текущий хрон - долгий по сравнению со средней протяженностью хронов (ему уже > 780,000 лет), однако, были куда дольшие хроны. Самыми долгими были хроны, занимавшие большую часть Юры и весь меловой период, когда по Земле бегали птицеподобные динозавры, постепенно превращаясь в птиц. Лучшего времени для эволюции магниторецепции не сыскать.

По одной из физиологических теорий магниторецепции, таинственный орган находится в верхней части клюва, унаследованного от тех же динозавров.
http://www.nature.com/nature/journal/v432/n7016/full/nature03077.html?foxtrotcallback=true

***

Некоторыми из следствий гипотезы было бы сл.: 1. Загадочные перелеты на далекие острова хронологичeски совпадают с короткими переходами между хронами. 2. Магниторецепцию стоит искать у птиц, недавно совершивших такие перелеты. Более смелое предположение: орган магниторецепции может ограничивать функциональность клюва у перелетных птиц. На островах орган более не нужен, постепенно атрофируется, и после этого там может идти быстрое изменение форм клювов.

Как и почему вьюрки оказались на Галапагосе? Почему у них идет быстрая эволюция форм клюва?
thinking

Дятел. 2

Раз уж я примкнул к ревизионистам, есть одна радикальная идея. Почему-то полагают, что если дятел стучит для звука, то это либо для общения с другими дятлами, либо для простукивания пустот. Понятно, почему: мы перестукиваемся и ищем пустоты таким образом. Но есть другая возможность, и я не встречал ее обсуждения.

***

Те, кто постарше, помнят характерный стук та-та-та, когда слушали Голос Америки и Би-Би-Си на коротких волнах, как будто дятел стучит. Много лет спустя я узнал, что это за дятел (на Википедии есть образец его незабываемого стука)
https://en.wikipedia.org/wiki/Duga_radar
Bпечатляющее сооружение в зоне Чернобыльской АЭС (оно требовало 10 MW): импульсный военный радар на коротких волнах, которые отражались от ионосферы, с целью наземной засечки запуска ракет из Америки. Его называли Russian woodpecker. "Русский дятел" выбивал серию 32-битных псевдослучайных коротковолновых импульсов (М-последовательность)
https://en.wikipedia.org/wiki/Maximum_length_sequence
с частотой 10 Гц. Oтрaженные волны ловили, отфильтровывались, и для каждого импульса восстанавливали задержку.

...its signal contained a clearly recognizable structure in each pulse, which was eventually identified as a 31-bit pseudo-random binary sequence, with a bit-width of 100 μs resulting in a 3.1 ms pulse. This sequence is usable for a 100 μs chirped pulse amplification system, giving a resolution of 15 km ( = the distance light travels in 50 μs).

Идея такого радара в том, что автокорреляционная функция М-последовательности - дельта функция, а для автокорреляции можно использовать быстрое преобразование Адамара: последовательности уникально "помечены", и потому неважно, в каком порядке их принимает антенна.

***

Лесной/городской дятел мог бы использовать стук с той же целью, что "русский дятел", т.е. эхолокации в ситуации, когда нужно посмотреть "за угол", например, в густом лесу или плотной застройке. Хотя для нас каждый стук звучит одинаково (как звучал по радио тук-тук "русского дятла"), они могут быть разными. Дятел вряд ли пользуется М-последовательностями коротких импульсов, но то же самое можно достичь каким-то другим фазовым кодированием. Птицы широко им пользуются при вокализации ( = щебетание). Удар под чуть разными углами по подходящему резонатору мог бы создать такой фазовый код в ударной волне. Не потому ли дятлы выбирают часто такие странные поверхности для стука? (Комментаторы приводили пример металлических колпаков и штукатурки).

Если есть животные, которые используют гортанные звуки для эхолокации (киты, летучие мыши), почему бы не быть такому, которое использует для этого последовательность ударов или щелчков? Что, если каждый дятел - "русский дятел"?

thinking

Дятел

У дерева отломилась верхушка в бурю, и оно стало сохнуть. Теперь туда повадился прилетать городской дятел и усердно стучит: часами. Можно прислонить ухо к стволу, дятел стук не прекращает: он всецело поглощен своим занятием. В пионерском детстве мне рассказывали, какой дятел полезный - санитар леса - он долбит дырочки и длинным языком выковыривает из дерева личинок-паразитов. До сего времени я в это верил, но наблюдение за уличным дятлом через окно повергло меня в сомнение: не похоже, что он что-то выковыривает. Закралась предательская мысль: насколько правдоподобно, чтобы энергетические затраты на долбление дерева окупаются находкой "кластера" личинок? Что, если дятел стучит по дереву с другой целью?

Например, нет животных, которые бы проламывали себе прорубь для пропитания. Возможно, прорубь дала бы доступ к ресурсам, но баланс работает в другую сторону: в среднем проделать прорубь дороже, чем возможный выигрыш. Если лед тонкий, полыньи образуется сами, а если толстый - накладно лед ломать. С пионерским дятлом предлагалось, что долбить ему выгоднее - неясно, почему. Решил почитать про дятлов, и тогда окончательно перестал что-либо понимать.

***

Разные источники сообщали разную информацию. Некоторые пишут, что дятел стучит, чтобы сообщить о себе другим дятлам. Другие, что весной дятел сооружает дупло для гнезда. Успешные дятлы находят чужое дупло и не стучат; неудачникам приходится долбить себе 2-3 месяца новое. Сообщалось, что среди дятлов много таких, что долбят, чтобы пить древесные соки. Некоторые дятлы долбят дырки в дереве не с тем, чтобы что-то найти, а, наоборот, чтобы спрятать в них желуди на зиму. Сообщалось, что личинки - только часть диеты дятла, и если у него довольно корма, долбить он будет по зову души, а не для пропитания. Как дятел ищет личинок науке, оказывается, не известно. Я наивно полагал, что простукивание связано с поиском на звук.

Я сообщил мои открытия жене, и она выговорила мне за ревизионизм.

***

Вечером смотрел по телику про Мадагаскар: там водятся руконожки (ай-ай), вроде лемуров. У ай-ая длинный костлявый палец, которым он стучит по дереву. Услышав хороший звук, он грызет дерево и выковыривает пальцем паразитов. Дятлов в Мадагаскаре нет (кстати - почему?), и ай-ай занимает нишу, которую в других местах занимают дятлы. Вот она, возможность проверить ревизионистские теории про дятлов! Википедия сообщает, что

...The aye-aye commonly eats seeds, fruits, nectar and fungi, but also insect larvae classifying it as an omnivore. Aye-ayes tap on the trunks and branches of trees at a rate of up to eight times per second, and listen to the echo produced to find hollow chambers. Studies have suggested that the acoustic properties associated with the foraging cavity have no effect on excavation behavior. Once a chamber is found, they chew a hole into the wood and get grubs out of that hole with their highly adapted narrow and bony middle fingers. The aye-aye begins foraging between 30 minutes before and three hours after sunset.

"Мадагаскарский" дятел ведет себя в ревизионистском духе: стучит только, если нет других возможностей. Он тоже не избежал сомнений маловеров:

...While insect larvae are considered the quintessential aye-aye food resource nutrient-rich Canarium seeds have alternatively been suggested as the aye-aye’s primary food resource. https://honors.libraries.psu.edu/files/final_submissions/2163

...Previous researchers suggested that acoustical cues reveal cavity location. We designed five studies to identify the cavity features that provide acoustical cues. When cavities were backfilled with gelatin or acoustical foam, excavation was still successful, suggesting that the reverberation of sound in air-filled cavities is not necessary for detection. Moreover, when the density of cavity content was varied, there was no difference in excavation frequency. On the other hand, a one-dimensional break in the subsurface wood was an effective stimulus for excavation. These studies suggest that a simple interface beneath the surface is sufficient to elicit excavation and that neither prey nor cavity nor even small air pockets are necessary to elicit the behavior. These results raise provocative questions as to how the aye-aye manages to forage efficiently. https://link.springer.com/article/10.1023%2FA%3A1020363128240

***

Похоже, у ай-аев те же проблемы, что у дятлов: долбить/грызть может, но это невыгодно (всего 5-40% времени на простукивание во время ночного питания). Опознать пустоту как пустоту он не в состоянии, т.е. вряд ли знает, большое ли скопление личинок в дереве или маленькое, приходится полагаться на случай. В общем, экзотический ай-ай только резче обозначил для меня ситуацию с обычным дятлом. Что-то с пионерскими историями про санитаров леса не так.

Зачем стучит дятел?
thinking

Извилистость. 3

Зимой я был во Флориде; там в середине штата здоровенный тропический парк (Ocala National Forest). В парке множество карстовых озер, ключей, речушек; одну из них можно было пройти на каяке (Juniper Springs).
http://www.juniper-springs.com/
Вода очень чистая, дно видно на большую глубину, и полно живности (например, здоровенных черепах). Сначала надо подписать бумагу, что ты не коснешься воды ни рукой, ни ногой.

Речка узкая и здорово петляет; там, где она больше всего извивалась, на отмелях спокойно и безмятежно лежали аллигаторы, дожидаясь своего часа. Никогда я еще не греб так прилежно, как на этой речке.

Не знаю, как в общем случае, а для иного водоема мера извилистости напрашивается сама собою...
thinking

Собака Баскервиллей

Летом 76-го года на балтийском пляже я запоем читал приключения м-ра Холмса и д-ра Ватсона; самое жуткое повествование было про собаку Баскервиллей:

...In mere size and strength it was a terrible creature which was lying stretched before us. It was not a pure bloodhound and it was not a pure mastiff; but it appeared to be a combination of the two -- gaunt, savage, and as large as a small lioness. Even now in the stillness of death, the huge jaws seemed to be dripping with a bluish flame and the small, deep-set, cruel eyes were ringed with fire. I placed my hand upon the glowing muzzle, and as I held them up my own fingers smouldered and gleamed in the darkness. "Phosphorus," I said. "A cunning preparation of it," said Holmes, sniffing at the dead animal. "There is no smell which might have interfered with his power of scent."

Закончив книжку, я с огорчением узнал, что других рассказов нет и не будет, и с горя стал ее перечитывать. По второму разу сюжет уже не так захватывал; в глаза стали бросаться детали. Про собаку смущало меня то, что фосфор на спичечной коробке не светился; я не мог понять, как д-р Ватсон (в остальных рассказах не блистающий умом) столь быстро сообразил, из чего состоит мазь. Мама объяснила, что на коробке красный фосфор, а на собаке был белый.

Как фосфор может быть одновременно красным и белым? Мама нашла в местной городской библиотеке книжку про элементы. Это было многотомное издание зеленого цвета; каждый том был про 2-3 элемента. Я сразу принялся за фосфор.

Я быстро сделал дедукцию, что м-р Холмс и д-р Ватсон оба заблуждались. Белый фосфор светился, но белым, а не синеватым пламенем; при этом он сильно пахнул чесноком. Вероятно, автор (как и я) был знаком с фосфором, главным образом, по спичкам. Конан Дойль застал старые (фрикционные) спички, содержащие белый фосфор ; их головки защищались слоем парафина и потому не пахли, отсюда бралось его заблуждение. Белый фосфор не светится; свечение возникает, когда пары фосфора (состоящие из P4 молекул, из которых состоит материал, конденсированный из паров) окисляются кислородом в присутствии следов воды. Логически невозможно, чтобы фосфор светился (т.е., пары попадали в воздух и окислялись), но не было характерного запаха (из-за окисления).

Моя вера в дедуктивный метод м-ра Холмса навсега пошатнулась. Если гениальный детектив ошибался в самом интересном месте самого интересного рассказа - сколько же других ляпов он допустил?

Книжка сообщала, что природа свечения фосфора неизвестна.

***

Неизвестна она и поныне
https://books.google.com/books?id=EGfxB7YoCgMC&pg=PA103&lpg=PA100

Спектр состоит из узких линий - это светится возбужденный радикал PO (отсюда едва заметный зеленоватый оттенок) - и широкой полосы "белого" свечения. Загадка в том, какое соединение дает эту полосу. Она не возникает без воды, но спектр не меняется, если обычную воду заменить на тяжелую; полагают, что загадочное соединение состоит только из атомов фосфора и кислорода. Эффективность свечения невелика: порядка одного фотона на несколько тысяч молекул Р4.

В том же году, когда я сделал открытие про Холмса, было предложено, что это соединение - квинтетный эксимер P2O2.
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/chemistry/white%20P/white%20P%20chemiluminescence%201976.pdf
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/chemistry/white%20P/white%20P%20chemiluminescence%201982.pdf

Практически ничего нового не было сделано в этой области с начала 80-х годов. Например, нет расчетов такого эксимера, и его существование и свойства гипотетичны. (Есть расчеты синглетного состояния, которое тоже необычно, см.
https://dl.dropboxusercontent.com/u/43807687/chemistry/white%20P/P2O2%20D2h%20structure%201993.pdf )

Вычислительная химия сильно продвинулась за эти годы; удивительно, что никто не заинтересовался этой задачей за сорок лет. Другие утверждают (тоже бездоказательно), что свечение идет из возбужденной молекулы PO2.

Элементарный фосфор был открыт по свечению паров 350 лет назад - это первое свойство первого элемента, открытого в новое время. До сих пор неизвестно, почему он светится - даже на уровне вразумительных догадок. Никто - ни один человек - в настоящее время не пытается это узнать. Шажки в понимании происходили раз в 50-70 лет; каждый раз они заканчивались новыми догадками, которые прилежно опровергались еще через 50 лет.

***

Мой знакомый занимается химической физикой горения (микроволновой спектроскопией короткоживущих продуктов реакций); я посетовал ему на печальное состояние дел. Оказалось, он полагал, что все всем известно (и так всегда). Одна из причин общего заблуждения - злая выходка судьбы: свечение триплетных состояний называется фосфоресценцией, и потому все убеждены, что белый фосфор светится из-за фосфоресценции. Но это не так: облучение белого фосфора светом вызывает полимеризацию, а не образование долгоживущих триплетов.

Предложил ему заняться загадкой собаки Баскервиллей.

***

Фосфоресцирующимие материалы (которые не пахнут, сбивая собачку со следа) редко светятся в синей области. Кроме некоторых редкоземельных соединений в лампах дневного света, все такие материалы были получены в последнюю пару десятилетий, но их возбужденные состояния короткоживущие.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201200627/abstract
Долгоживущие состояния светятся в зеленой области или дальше по спектру.

Таких, чтобы синие свечение продолжалось часами, я не знаю; на таком материале можно стать мультимиллиардером, купив не одно поместье и титулы; химически подкованный злодей у Конан Дойля тоже не отличался умом.
thinking

Тест Тьюринга

Третий день идет поток комментариев патриотического содержания. Некоторые явно оставлены ботами, некоторые - явно людьми; для 70% я не в состоянии определить, боты это или люди. Проблема поболее, чем неведомы зверушки для расписного Ягуара с мутной реки Амазонки, которого маменька учила: "Если ты найдешь Ежа, скорее швырни его в воду. Еж сам собою развернется в воде. А если найдешь Черепаху, выцарапай ее лапой из панциря."

Ботов положено незамедлительно банить с занесением в спам, людей - послать куда подальше. А тут непонятно что...

***

Исполнить программу до последней строчки независимо от результата - знак истинного мужа. Как там Кришна учил в Бхагават-гите...

You have the right to perform your actions,
but you are not entitled to the fruits of the actions.
Do not let the fruit be the purpose of your actions,
and therefore you won’t be attached to not doing your duty.


Такое усердие и чувство долга да вознаградятся в следующем перевоплощении.

Вот тогда-то я их и выцарапаю лапой из панциря.
thinking

Аэробное пищеварение

...на семинаре Колмогоров пересказывал результаты некой книжки. А на следующей неделе говорит: «Всё я вам неправильно рассказал. Этого там нет, другого. Просто в комнате было довольно плохо видно, я лежал, листал книгу и думал: что в ней могло бы быть?»
http://trv-science.ru/2016/05/17/semjon-schlossman-matematicheskie-progulki/

Счел бы тему исчерпанной, но надоело читать заверения знатоков о том, какой это ужасный "бред". Спросили бы себя лучше по примеру Колмогорова: чем такое пищеварение могло бы быть?

Как можно думать о таком вопросе?

Например, можно посмотреть, что остается в испражнениях. По сухому весу, примерно треть-половина - кишечные бактерии, остальные главные компоненты - жиры и пищевые волокна (для стандартной диеты). Улучшение пищеварения подразумевает лучшую утилизацию этих двух компонент, особенно полисахаридов. Жиры и небольшие углеводы втягиваются в тонком кишечнике; полисахариды гидролизуются бактериями в толстом, превращаясь в ацетат и бутират; в таком виде они попадают в организм. К сожалению, из-за ограничений анаэробного метаболизма, процесс не очень эффективный. У коровы утилизация полисахаридов лучше, но и у нее много остается непереваренным.

Тут стоит сделать отступление, заметив, что аэробное пищеварение не досужая выдумка; оно не только существует в природе, но весьма распространено.

На суше оно практикуется некоторыми насекомыми, например, высшими термитами. В море - морскими ежами. Ежи обогощают кислородом воду, которую гонят в пищевод. У насекомых трахеи подводят воздух к нижнему кишечнику; эта два разных способа достичь одной цели. Как устроено пищеварение у ежей, я не знаю, как у термитов - в общих чертах известно. В кишечнике образуется радиальный профиль концентрации кислорода (который диффундирует через стенки кишки и тут же расходуется аэробными бактериями; в середине кислорода уже мало). Ближе к стенке идут аэробные процессы, в середине - анаэробные. Пища термитов - деградирующая растительная масса, состоящая из целлюлозы и лигнина. Лигнин обволакивает целлюлозу, к которой энзимам трудно подобраться. Саму кристаллическую целлюлозу тоже трудно гидролизовать, т.к. полимерные цепи тесно уложены и между ними прочные водородные связи; гидролазам нелегко подобраться к ним и перекусить цепочку.

Анаэробы не умеют деградировать лигнин. Если лигниновая оболочка не нарушена, углеводы в целлюлозе потеряны для пищеварения. Есть небольшое число грибков и аэробных бактерий, которые это делать умеют, и вот они-то (актиномицеты) живут в кислородной зоне кишечника термитов. Их функция освободить полисахариды для гидролаз. Продукты окисления лигнина (фенолы) используются насекомым как пища, но у них есть и вторая функция: они источник электронов для оксигеназ (которые существуют только у аэробов) для перекусывания цепочек целлюлозы с поверхности кристаллита. Идея - в нарезании этих цепочек на короткие кусочки, которые потом можно оторвать от кристалла и гидролизовать на мономеры. Сколько-то мономеров на этом теряется, но игра стоит свеч. Альтернатива такому методу у анаэробов - специальный гидролитический комплекс
https://en.wikipedia.org/wiki/Cellulosome
который, не смотря на свою изощренность, работает хуже, чем LPMO (lytic polysaccharide monooxygenase) у аэробов. У анаэробов просто нет другого выхода. В последнем номере Science (стр. 1051) как раз описан механизм этих реакций, это все сравнительно недавние открытия. Нарезанная целлюлоза из волокон быстро гидролизуется (аэробами и анаэробами) и в виде ацетата частично передается насекомому - точно так же, как у нас в кишечнике. Ничего нового городить не нужно. Благодаря такой организации пищеварения, термит может питаться древесиной в любой степени деградации. Ни корова, ни человек на такое не способны.

Вероятно, морские ежи тоже используют оксигеназы для полисахаридов трудноперевариемых водорослей. Я не знаю, как можно технически осуществить такой подход для позвоночного, но в том, что это выгодно, сомневаться не приходится. Суммарная биомасса термитов на несколько порядков превышает суммарную массу всех позвоночных (для муравьев это 5-6 порядков). "Бред" проистекает из ни на чем не основанного ожидания, что у аэробов целлюлоза полностью окислится в углекислый газ, и животному ничего не останется. И сами аэробы делятся ацетатом, и анаэробам достается больше углеводов для гидролиза. Градиент кислорода позволяет оптимизировать весь процесс, а аэробные бактерии постепенно втягиваются в более выгодный хозяину симбиоз (тот тоже старается, жует).

***

Теперь можно посмотреть на жиры. Их присутствие в фекалиях кажется биохимическим абсурдом. Как возможно, что самая богатая энергией пища не полностью переваривается?

Жиры частично находятся в эмульсиях, и их так просто в клетку не засосешь. Приходится сначала их гидролизовать с поверхности, превратив в жирные кислоты, потом использовать холестерин, чтобы из кислот сделать мицеллу. Мицелла засасывется в клетку. Потом все идет в обратном порядке: внутри клетки обратно синтезируется триглицерид и пакуется в липопротеин. В таком виде он попадает в организм, где часть жиров сжигается.

Опять таки, процесс не слишком эффективный, в нем много лимитирующих реакций. Если эмульсия достигает толстого кишечника, то там уже нет ни клеток, способных на эту операцию, ни бактерий, способных на превращение жира в ацетат. Так жир оказывается на выходе. В аэробных же бактериях идет быстрое бета-окислениe жирных кислот в ацетат-CoA, который источник ацетата в анаэробной ферментации углеводов. T. e. уже существуют в готовом виде механизмы, необходимые для превращения жиров в ацетат, с которым кишечник знает, что делать; нет необходимого для этого кислорода.

Это не все. Чтобы переварить жир, необходимы соли желчных кислот для мицеллообразования, которые частично делает организм, а частично они идут из пищи. Проблема в том, что мы не умеем использовать растительные стеролы, и они проходят через тракт. Превращать растительные стеролы в обычные умеют только аэробные бактерии. Поэтому переваривание жиров, особенно растительных масел, можно было бы сделать эффективнее, если бы у нас был частично аэробный кишечник как у термитов (которые жирами не питаются). Животных, которые бы пользовались такой возможностью нет, но и ничего безумного тут тоже нет.

А знатокам я желаю приятного пищеварения.
thinking

Почему почки клейкие

Обещал написать про клейкие почки.

Предложенные комментаторами догадки - о защите от насекомых ("молоденькие веточки, пожираемые тлями"). Дальнейшая полемика сводилась к тому, насколько эффективна такая мера: много ли насекомых ранней весной и т. д. Этим разговор напоминал там же предложенные гипотезы про соленые огурцы в стеклянных банках. Возможность того, что не банки были придуманы под огурцы, а наоборот, не рассматривалась в принципе, хотя она столь же разумна и допустима, как ее противоположность; именно эта неучтенная возможность подтверждается исторически. Если "научный метод" и существует, то он состоит в том, чтобы не исключать заранее то, что логически допустимо. Если рассматривать лишь одно возможное объяснение, поневоле под него начинаешь подгонять факты, как бы они плохо под него не ложились.

Зачем нужны клейкие почки, я, конечно, не знаю, но знаю другое, более важное: таких ответов м.б. много, и логика этих ответов м.б. разной.

Например, молчаливо предполагается, что "клей" отпугивает насекомых. Между тем, прополис состоит из переваренных смол, которые пчелы собирают с весенних почек; он им необходим для сооружения и дезинфекции гнезд. Нет ничего невозможного в предположении, что одно из назначений смол - дать возможность опылителям построить гнезда неподалеку от дерева. Функция м.б. в привлечении насекомых, а не в их отпугивании.

Другая возможность: смолы предназначены не столько для весенних насекомых, сколько для зимних зверей, обгладывающих веточки. Классический пример тут зайки и арктическая береза. Почки содержат высокую концентрацию тритерпена PA (papyriferic acid) - ингибитора дегидрогеназы янтарной кислоты
https://en.wikipedia.org/wiki/Succinate_dehydrogenase
в митохондриях кишечника заек.

Комплекс-II окисляет янтарную кислоту в фумаровую в цикле Кребса; PA блокирует связывание одной из субъединиц комплекса с убихиноном (который восстанавливается в ходе реакции). Используется то обстоятельство, что растительные митохондрии используют комплекс-II, который лишь наполовину гомологичен этому комплексу у животных, бактерий и грибов. Как это работает, обнаружили только недавно
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22116690
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10886-009-9702-9
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19838755

По этой теории почки клейкие для того, чтобы вызывать понос у голодных, холодных заек. Про противных тлей подумали все, хотя у бедняжек считанные дни для сосания почек. Про заек, у которых имеется вся осень, зима и ранняя весна, чтобы употребить веточки, как-то не подумали. По-человечески я это понимаю: тлей не жалко, а заек жалко. Но у деревьев нет сердца: им что тли, что зайки, все едино. Тут уместно вспомнить, что когда зайки грызут эти веточки, то терпены из смол попадают в воздух, и по этому запаху заек могут обнаружить другие зверюшки, которым тоже хочется кушать. Веточки они не употребляют, а зайчиков - с удовольствием.

Наконец, есть другая возможность, которая меня увлекла, когда я предложил вопрос: когда лопаются почки, их смолистые чехлы падают под дерево. Возможно, что одна из функций "клея" проявляется на этой стадии. Чехлы "склеиваются" и потому не уносятся дождевой водой далеко, а попадают в почву под дерево или куст. Тепрепены в смоле мешают потере азота из почвы (см. стр. 252
http://priede.bf.lu.lv/grozs/AuguFiziologijas/Augu_resursu_biologija/gramatas/Plant%20Resins.pdf
Идея в том, чтобы ингибировать редуктазы почвенных бактерий, которые могут превратить связанный азот в аммоний; газ теряется из почвы в атмосферу. Насыщая почву терпенами, растение препятствует потере азота из ближнего окружения.

В книжке приводится еще одна возможность: насыщение почвы терпенами способствует лесным пожарам. Старым деревьям не нужна конкуренция.

Ответ не один. Функций клея в почках может быть много, и эти функции могут быть разными сегодня и Х миллионов лет тому назад. Кроме более очевидных таких функций, есть менее очевидные, а есть совсем не очевидные, которые и могут оказаться основными. Про огурцы в стеклянных банках еще не поздно навести исторические справки (которым можно верить, а можно не верить) и убедиться самому, что наиболее очевидные ответы - неверные. Для клейких почек эта возможность отсутствует. Любое приспособление постепенно становится многофункциональным. Первоначальная функция м.б. давно заброшенной; кроме того, она может не существовать.

Резонно спросить: какой же тогда смысл задавать подобные вопросы? Предыдущий параграф - он и про этот вопрос...