Метка: Познавательно

Но как?

Постойте, я же только что расписал это решение во всех деталях, да и на других сайтах описывается оно же. Что тут не так?

Да, относительно этого сложного процесса нас тоже немного гложут сомнения, но тут ведь как с квантовой механикой: «заткнись и считай». Рекурсия сложна для понимания, но работает!

Вы знаете, особое изящество этой задачи мне видится в том, что рекурсия тут действительно работает. Причём на первых итерациях она даже интуитивно понятна, а на более поздних рождает щекочущее нервы чувство чудесной научной мистики, поэтому прямо-таки хочется поверить, что тут всё верно, ты только что понял что-то очень нетривиальное, а те, кто продолжает с ним спорить, просто «не догоняют» всей этой «логической крутизны».

Однако нетривиальность в первую очередь в том, что тут ошибки рассуждений кроются в очень глубоких глубинах. Настолько глубоких, что во всех дискуссиях об этой задаче, которые я встретил, люди, сомневающиеся в правильности решения, находили «ошибки» не там, где они на самом деле есть.

Иными словами, изящество этого «парадокса» в том, как здорово в нём замаскированы несколько очень суровых натяжек — внутри весьма изощрённого и «технологичного» решения.

В общем, вся эта рекурсия работает, только если закрыть глаза на ряд вещей, которые в условиях есть, и сделать ряд предположений, которых нет в условиях.

Спасительное противоречие

Дело в том, что в решении задачи игнорируется одно из её условий: у туземцев есть запрет на то, чтобы сообщать другим о цвете их глаз. Причём из контекста понятно, что имеется в виду не только «говорить», но и сообщать иным способом — рисовать на картинке, неожиданно показывать зеркальце или давать некий ребус, решение которого идеально логичным (это тоже есть в условии) туземцем привело бы к вычислению им собственного цвета глаз.

Так вот, в описанной ситуации туземцы совершенно точно дают друг другу такой ребус — ведь на этом построено всё решение со всей его рекурсией: их действия или бездействия приводят к тому, что в конечном счёте вообще все узнаю́т, какого цвета у них глаза.

Даже при наличии единственного голубоглазого его самоубийство оказалось бы «ребусом», сообщающим всем остальным, что они — кареглазые.

Иными словами, в традициях туземцев есть противоречие и правильный логический ответ, который каждый из них должен был бы сделать в этой ситуации, как идеальный логик: следует отменить эти противоречивые правила ещё до появления путешественника.

Если же эти правила не отменены, то в описанном случае им невозможно следовать, ведь хотя бы одно из них будет нарушено.

Вариант с неопределённостью

Условия задачи не сообщают нам, какие именно приоритеты у туземцев. Вполне возможно, что каждый из них счёл бы, что лучше нарушить одно правило, чем два: не самоубиться, узнав цвет своих глаз, но зато и не сообщить другим о цвете их глаз. Ведь альтернатива тому — нарушить правило о знании цвета своих глаз, выполнить правило о самоубийстве, и тем самым нарушить правило о несообщении.

Если же приоритеты были никак не оговорены, то ни один туземец не может наверняка знать, какой вариант выберет другой туземец, а потому не может однозначно вычислить цвет своих глаз.

Даже единственный голубоглазый на острове мог бы счесть, что важнее не сообщать другим цвет их глаз, чем самоубиться после вычисления своей голубоглазости.

Однако быть может, у туземцев всё-таки есть какие-то уточнения по этому поводу? Например, приоритет правил друг перед другом.

А, кстати, насколько они честны?

Если туземцы могут говорить друг другу неправду, и все знают об этом, то появляется выход из положения: сказать кому-то «ты — голубоглазый, но я, быть может, наврал». Если все сделали бы так, самоубийство зависело бы от того, поверил ли тот, кому это сказали, в сказанное или не поверил. Таким образом, самоубийства не давали бы однозначной информации о ситуации.

Единственного туземца это бы всё равно не спасло — он бы точно вычислил цвет своих глаз методом исключения, но вот в случае с двоими, ни один из них уже не мог бы знать наверняка, самоубился ли другой на первый день потому, что он не видит других голубоглазых или же потому, что поверил в сказанное ему «твои глаза — голубые».

Однако есть правило, что туземцы совершают самоубийство только тогда, когда точно знают цвет своих глаз, а не просто «верят» в него.

Одновременно с тем есть правило не сообщать никому цвет его глаз.

Если возможен обман, то это правило теряет смысл — ведь сообщение цвета ни к чему не приведёт. Даже изображение в зеркале можно подделать, не говоря уже про устные сообщения.

Это подводит к мысли, что туземцы могут сообщать только правду, и все поголовно знают, что все остальные сообщают только правду.

Варианты с честными островитянами

Итак, из условий задачи косвенно следует, что островитяне не только идеально логичны, но ещё и абсолютно честны.

Именно для этого случая мы и будем рассматривать варианты с приоритетами правил. Тут в каждом пункте они перечислены в порядке убывания их приоритета.

1. Не сообщать другим цвет их глаз; самоубиться, если узнал свой; не знать цвет своих глаз.
2. Не сообщать; не знать; самоубиться.
3. Не знать; не сообщать; самоубиться.
4. Самоубиться; не сообщать; не знать.
5. Не знать; самоубиться; не сообщать.
6. Самоубиться; не знать; не сообщать.

Не сообщать другим цвет глаз важнее, чем самоубиться, если узнал

Варианты 1, 2, 3.

В этом случае даже при наличии одного туземца процесс не пойдёт дальше — он не будет самоубиваться, чтобы не нарушить более важное правило о несообщении другим цвета их глаз, из-за чего не будет работать и вышеописанная рекурсия.

Все выживут.

Не знать свой цвет глаз важнее, чем не сообщать о нём другим

Варианты 4, 5, 6.

Поскольку самоубийство следует только после узнавания цвета своих глаз, в данном случае без разницы, в каком порядке эти два правила расставлены по приоритетам друг относительно друга. Следовательно, мы можем рассматривать всё это как единый случай.

В этом случае у единственного голубоглазого большие проблемы: он не может не узнать свой цвет глаз, а самоубиться важнее, чем не сообщать.

Однако если голубоглазых больше одного, то ситуация уже меняется. Ведь если не знать цвет своих глаз важнее, то следует сказать кому-то о цвете его глаз, если это позволит не узнать цвет своих.

Кареглазым об этом сообщать бесполезно — это не изменит положения вещей: ведь все голубоглазые знают всех кареглазых и, таким образом, сразу же поймут, что самоубийство кареглазого совершенно точно обусловлено тем, что им кто-то напрямую сказал о цвете их глаз.

Следовательно, надо об этом сказать голубоглазому.

Даже если такой всего один, то всё равно уже никто не может быть уверен, покончил ли он с собой из-за того, что ему сообщили о цвете глаз, или же потому, что он его вычислил (а, значит, рекурсивный метод — в деле, и все остальные тоже автоматически вычислят свой цвет глаз).

Причём, каждый конкретный островитянин, в принципе, может даже не сообщать об этом самостоятельно — достаточно уже возможности того, что голубоглазому о цвете его глаз сообщил кто-то другой: в этом уже есть достаточная для невозможности вычисления своего цвета глаз всеми остальными неопределённость.

Однако тут есть тонкость: если единственный хотя бы один голубоглазый не самоубился, то, значит, ему не сообщили о цвете его глаз. А раз так, то рекурсивное вычисление всё ещё возможно.

Поэтому в данной ситуации с неизбежностью должен покончить с собой хотя бы один голубоглазый, чтобы рекурсивный процесс застопорился.

Что касается кареглазых, то для них ситуация идеальна — сколько бы ни было голубоглазых, кареглазым точно не сообщат о том, что они — кареглазые, поскольку это никак не поможет избежать вычисления цвета своих глаз, но при этом у них не будет уверенности, потому ли им не сообщили, что они — кареглазые, или потому, что они голубоглазые, которым повезло.

Иными словами, в данном случае, в зависимости от везения, самоубьётся минимум один голубоглазый, но вот все кареглазые и те голубоглазые, которым повезло, выживут.

При наличии человеколюбия у туземцев, вообще говоря, они должны догадаться, что тот, кто видит нескольких голубоглазых, должен при всех сказать одному из них: «ты — голубоглазый», а остальные должны промолчать — это сведёт количество жертв к возможному минимуму — одной.

Важность определённости приоритетов

Как можно видеть по вышеприведённым рассуждениям, от ответа на вопрос о приоритетах зависит исход ситуации.

Если приоритеты не определены, то, в зависимости от личных предпочтений, возможно, что не самоубьётся даже единственный на острове голубоглазый. Или же единственный голубоглазый самоубьётся, но остальные не будут знать, это потому, что он — единственный, или потому, что кто-то счёл более правильным вариантом неизбежного нарушения традиций сообщить единственному голубоглазому, что он — голубоглазый. Если же голубоглазых больше одного, то никто ни в чём не уверен, а потому выживут все.

Если не сообщать другим цвет их глаз важнее, чем самоубиться, если его ты узнал, то выживут все.

Если не знать свой цвет глаз важнее, чем не сообщать его другим, то, в зависимости от везения, самоубьётся от одного до полного количества голубоглазых, но все кареглазые выживут.

Задача имеет разные решения, в зависимости от тех условий, о деталях которых умолчали: как правила по своей важности соотносятся друг с другом.

А что если запрета на раскрытие цвета глаз другого нет?

Предположим, что его действительно нет, просто из человеколюбия островитяне не сообщали о цвете глаз других, пока не появился злосчастный путешественник.

Однако когда он появился, ситуация ведь поменялась: теперь запущен процесс, который приведёт к нарушению запрета на знание собственного цвета глаз. И если раньше — из человеколюбия — о цвете глаз кому-то другому можно было не сообщать, то теперь и человеколюбие, и традиции требуют сообщить об этом хотя бы одному голубоглазому.

Минимум один туземец умрёт, но, возможно, этим дело и кончится. Кареглазые же однозначно выживут.

Изворачиваемся с условиями

В общем-то, понятно, что хотели сказать авторы задачи. Что-то типа: «островитяне не могут сообщать другим цвет их глаз, кроме как вот этими вот своими самоубийствами».

Эта формулировка выглядит крайне натянутой, однако рекурсивное решение приводит к вымиранию всего острова только с ней — такой вот натянутой.

Или не приводит?

Продолжение следует.

Автор рисунка — Александра «Renoire» Алексеева

Кинкажу обитают в тропических лесах. Это ночные животные, и все ночи они проводят в поисках еды. Они очень ловко лазают по деревьям и прыгают с ветки на ветку. А еще у кинкажу цепкий хвост, который служит им балансиром. Кроме того, животное может повиснуть на нем, освободив конечности для чего-нибудь полезного (например, еды).

Днем кинкажу отдыхают в дуплах.

Живут эти симпатяги по одиночке, встречаясь лишь в период размножения. Рожают по одному, реже по два детеныша. Самка выкармливает малышей в течение 7 недель. По окончанию этого времени детеныши уже вполне самостоятельны. Но до достижения половой зрелости (2 года) предпочитают держаться рядом с мамой.

Есть еще отличная новость! Кинкажу — тот редкий случай, когда животное не находится под угрозой исчезновения. Этих красавцев на нашей планете еще достаточно, чтобы их численность не вызывала опасений.

Естественных врагов у кинкажу не очень много. От природы они любопытны, игривы, хорошо приживаются в неволе. Благодаря этому они довольно часто содержатся в Мексике в качестве домашних любимцев.

Хотя люди все-таки охотятся на кинкажу: зверьки наносят некоторый ущерб фруктовым плантациям, плюс их мясо считается деликатесом, а из шкурок шьют ремни и аксессуары.

 

Некоторые оговорки

Поскольку максимально полное изложение данной задачи сделать довольно трудно, то в этой художественной версии следует заранее отбросить все подвохи, типа…

1. Путешественник солгал
2. Какие-то местные жители могли подумать, что он солгал
3. Путешественник путает названия цветов или вообще их не различает
4. Не все местные жители логичны
5. Кто-то не расслышал его слова
6. Кто-то их неправильно понял
7. И тому подобное

Нет, это — логическая задача, поэтому не надо внутри некоторых возможных недоговорённостей и неточностей искать варианты альтернативных решений.
Мы вместо этого будем рассматривать некий идеальный случай.

Очевидное решение

Вполне понятно, что если бы единственный житель был бы голубоглазым, то он, услышав путешественника, сразу бы понял, что речь о нём — ведь все остальные кареглазые.

Если бы таких было двое, то каждый из них посмотрел бы на второго, увидел бы, что тот — голубоглазый и предположил бы, что тот всё понял и на следующий день покончит с собой. Если же этого не произошло, то, значит, он сам тоже голубоглазый — именно поэтому тот второй не самоубился сразу — он тоже видел одного голубоглазого. В общем, на следующий день оба бы все поняли и убились бы на второй день.

Однако голубоглазых туземцев на острове — двадцать человек. То есть каждый однозначно видит минимум девятнадцать голубоглазых. Поэтому путешественник не сообщил им ничего нового — они были и так в курсе, что на острове до фига голубоглазых.

Поэтому все выжили, всё отлично.

Неочевидное рекурсивное решение

Мы уже знаем, что единственный голубоглазый бы наложил на себя руки на следующий день, а если бы их было двое — они бы ушли в мир иной через двое суток.

Однако что бы было, если бы голубоглазых оказалось трое?

Каждый из них догадался бы, что при наличии двоих голубоглазых, они бы умерли на второй день, а поскольку этого не произошло, то он сам — голубоглазый. Соответственно, все трое самоубились бы на третий день.

Видимо, так же должно было бы произойти и с четверыми: каждый бы думал, что, если он не голубоглазый, то оставшиеся трое должны умереть на третьи сутки. Если же они этого не сделали, то он — голубоглазый. Соответственно, все умрут через четыре дня.

Ровно таким же способом — рекурсивно — вычислялся бы случай для пяти голубоглазых, шести, семи, и так далее — до двадцати. Соответственно, двадцать голубоглазых вычислили бы свой цвет глаз к двадцатому дню и покончили бы с собой.

После этого все оставшиеся поняли бы, что они все — кареглазые, и на двадцать первый день остров бы вымер.

Именно это решение вы найдёте практически в любом источнике, где приводится данная задача. С возможными поправками на цвет глаз и суровость кары за знание своего цвета.

Где тут парадокс?

Парадокс тут вот в чём: вроде бы путешественник не сообщил туземцам ничего такого, чего бы они не знали. Все действительно ещё до встречи с путешественником были в курсе, что на острове полно голубоглазых, с чего вдруг озвучивание этой, всем известной информации привело к поголовному суициду?

Если бы мы имели дело с одним голубоглазым, тут понятно: он не знал, что на острове вообще есть голубоглазые, а теперь вдруг узнал. Но когда голубоглазых видели все, то в чём прикол-то?

Если в результате знания о существовании голубоглазых через n итераций следует вычисление цвета собственных глаз, то каким образом путешественник вообще застал этот остров заселённым? Почему все не поубивались задолго до его приезда?

Разрешение парадокса

Чтобы это объяснить, вводится термин «общее знание» (common knowledge). Действительно, и до того все туземцы знали о наличии голубоглазых, однако они не знали, знают ли об этом все остальные.

Во всяком случае, это предполагается в концепции «общего знания».

Давайте посмотрим, как это работает на примере двоих голубоглазых.

Назовём их для определённости А и Б.

До прощальной речи путешественника А знал, что существует как минимум один голубоглазый. Однако А не знал, какого цвета у него самого глаза. Но ему было совершенно понятно, что, если у него глаза — карие, то Б не знает о существовании голубоглазых. Если же — голубые, то Б знает о существовании голубоглазых.

Поэтому у А не было определённости относительно знаний Б.

У Б всё было аналогично: он тоже не был уверен в знаниях А.

Когда же путешественник сообщил о существовании голубоглазых, то А стал точно знать, что Б знает об их существовании, независимо от того, какие у А глаза. Следовательно, если у А глаза карие, то Б должен вычислить свой цвет глаз и убиться на следующий день. Если же он этого не сделал, то А теперь точно знает, что у него глаза — голубые.

Раскрутка рекурсии

Однако в чём состоит «общее знание» в случае с тремя голубоглазыми — А, Б и В? Ведь А видит минимум двоих голубоглазых, поэтому может быть уверен, что Б и В тоже видят минимум одного голубоглазого (если сам А — кареглазый) или двоих (если А — голубоглазый). Что тут вообще может запустить процесс?

Туземец А может рассуждать так…

• Про себя я не уверен, какого цвета у меня глаза, однако давайте предположим, что я — кареглазый. Тогда Б должен видеть одного голубоглазого — В, и думать…
  • Предположим, что я, Б, — кареглазый. Тогда В должен понять, что голубоглазый — это он и назавтра самоубиться. Если он этого не сделал, то и я тоже — голубоглазый. Мы убьёмся на второй день
• Далее, А видит, что на второй день Б и В не самоубились, поэтому понимает, что его предположение о собственной кареглазости неверно, а потому на третий день надо бы самоубиться ему самому. Вместе, конечно, с Б и В, которые аналогичным способом обо всём догадались.

Здесь можно видеть, что путешественник своей речью запускает процесс уже не напрямую, а как бы «на втором уровне вложенности» — там, где А анализирует уже не ситуацию, а возможные рассуждения Б.

Туземец А точно видел перед собой двоих голубоглазых. Однако он не знал, сколько голубоглазых видит Б — возможно, только одного. «И тогда», — думает А, — «Б уже мог бы себе представить, что В видит вообще ноль голубоглазых».

То есть А понимает, что В точно видит минимум одного голубоглазого, но одновременно с тем понимает, что есть случаи (если сам А окажется кареглазым), в которых Б не будет понимать этого про В: ведь если Б — тоже кареглазый, то В не видит ни одного голубоглазого.

В этом контексте путешественник сообщил А, что теперь Б уверен, что В точно знает, что на острове есть хотя бы один голубоглазый туземец.

А теперь четверо

Дальше рассуждения идут по накатанной. Пусть у нас четверо голубоглазых: А, Б, В и Г.

Тогда А рассуждает так:

• Предположим, я, А, — кареглазый. Как тогда будет рассуждать Б?
  • Я, Б, вижу двоих голубоглазых. Предположим, что у меня карие глаза, как тогда будет рассуждать В?
    • Я, В, вижу одного голубоглазого — Г, и мы с ним оба знаем, что голубоглазые на острове есть. Поэтому либо он того-с сегодня, либо мы оба — завтра
  • Если же В с Г не самоубились на второй день, то я, Б, — голубоглазый. Самоубьёмся же на третий день
• Если же Б, В и Г не самоубились на третий день, то и я, А, — голубоглазый. Мы все вместе должны самоубиться на четвёртый.

Казалось бы, но ведь все четверо видят минимум троих голубоглазых? Чтобы же хоть кто-то самоубился, он должен видеть максимум одного — ведь только так он мог бы…

• …либо сразу же понять, что он — голубоглазый (если он вообще не видит других голубоглазых),
• …либо сразу же понять, что вон тот, которого он видит, сразу бы осознал свою голубоглазость, если бы тоже не наблюдал ещё одного голубоглазого.

Однако тут ведь такая ситуация невозможна: каждый из этих четверых точно знает, что остальные трое видят минимум двоих. Как же это работает?

Ну вот, смотрите.

• Я, А, вижу троих голубоглазых, но если я сам — кареглазый, то что видит и думает Б?
  • Я, Б, вижу двоих голубоглазых, но если я сам — кареглазый, что тогда видит и думает В?
    • Я, В, вижу одного голубоглазого, но предположим, что я — кареглазый, тогда Г должен видеть ноль кареглазых.

Иными словами, ситуация, в которой кто-то видит одного или даже ноль голубоглазых, существует не напрямую, а только в рассуждениях А о рассуждениях Б о рассуждениях В.

Где-то там, в глубине этих рассуждений путешественник как раз и превращает неопределённость в определённость.

И так далее

Поскольку данные рассуждения однотипны, мы их можем повторить с любым количеством голубоглазых. И таким образом мы приходим к мысли, что все N проживающих на острове голубоглазых с неизбежностью покончат с собой через N дней, а в день N+1 самоубьются все остальные.

Очень, очень красивое рекурсивное рассуждение. Выглядящее чудовищно парадоксальным и одновременно с тем сложным для понимания.

Поэтому многих людей действительно распирает гордость, когда они, наконец, распутывают всю эту рекурсивную логику и — даже если в их душе всё ещё остаются некоторые сомнения в верности этого решения, — спешат поделиться этим неземным наслаждением с другими.

Хотя бы для того, чтобы посмотреть, как другие будут мучиться, чтобы осознать всю изощрённость данного процесса и неумолимость вымирания туземцев после неосторожных высказываний путешественника.

В общем, это — прекрасное решение прекрасной задачи.

Жаль, что оно неверное.

Продолжение следует.

Автор рисунка — Александра «Renoire» Алексеева

Открытая пасть арапаймы

Но и сами арапаймы — не безобидные рыбки. Это хищники. Они питаются другими рыбами, а также мелкими млекопитающими и птицами, которым не посчастливилось оказаться на поверхности реки. Могут также полакомиться и упавшими в реку фруктами.

Охотясь, арапайма широко раскрывает свою чудовищную пасть, создавая вакуум и всасывая добычу.

Мальки арапаймы

Еще арапайма очень интересно размножается. В феврале-марте рыбы выкапывают плавниками на дне реки гнездо шириной около 70 сантиметров и глубиной около 25 сантиметров, и откладывают икру. Мальки вылупляются в октябре-ноябре, в сезон дождей, когда добыть пищу становится легче. Интересно, что в отличии от большинства рыб, арапаймы заботятся о своем потомстве. Самец охраняет гнездо и мальков первые дни их жизни. Если поблизости опасность, отец, защищая, берет малышей в рот. Таким же образом он переносит икринки в более безопасное место. Когда мальки вылупляются, самец держится рядом и возглавляет их стайку.

Из-за того, что мальки кружатся около головы отца, возникло поверье, что самцы выделяют некое «молоко», которым кормят молодь. На самом же деле они выделяют слизь, запах которой заставляет мальков держаться рядом — вот и все. Малыши могут находиться под опекой отца до трех месяцев. После стайка распадается и молодые арапаймы начинают взрослую жизнь.

Половозрелыми рыбы становятся только в 4-5 лет, а живут до 20 лет.

Довольно часто арапаймы содержатся в аквариумах — как в профессиональных (зоопарки, океанариумы), так и в любительских. На фото выше — арапайма в аквариуме с более миролюбивым амазонским соседом — паку или фруктовой пираньей.

Из-за огромных размеров и вкусного мяса арапайма всегда пользовалась вниманием людей. Интересно, что с целью выращивания и организации спортивной рыбалки для туристов, эту рыбу завезли и культивировали в некоторых водоемах Тайланда.

 

Видео переведены и озвучены студией Vert Dider.

Банкнота ДР Конго с окапи 1997 года.

Окапи довольно крупные животные: высота в холке — 150-170 см, длина — около 2 метров. При этом они могут достигать 250 кг веса! Шерсть у окапи мягкая и бархатистая темно-шоколадного цвета, переливающаяся красными оттенками на солнце. Морда светлая, а ноги полосатые, как у зебры. Но несмотря на узнаваемый окрас, окапи не имеют к зебрам никакого отношения. Они- жирафовые.

С жирафами у окапи есть два ярких внешних сходства. Первое — маленькие рожки, имеющие научное название оссиконы. Только в отличие от жирафов, у окапи оссиконы носят только самцы. Второе сходство — очень длинный темного цвета язык. Окапи он помогает не только питаться, но и очищать глаза и даже уши.

Живут окапи поодиночке, парами или маленькими семейными группами, но никогда не сбиваются в стада.

Это растительноядные жвачные животные. Они питаются листьями, травами, цветами и фруктами. Взрослый окапи может съедать 25 кг кормов в день! Помимо этого для минерализации окапи могут поглощать глину с берегов ручьев.

Беременность у окапи длится больше года — 450 дней. Рожают они по одному теленку. Самки очень трогательно и бережно относятся к своим малышам.

Но, наверное, самый интересный факт об окапи это то, что они стали последним открытым крупным видом млекопитающих. Ареал окапи очень маленький, застать этих чутких и пугливых животных в естественной среде очень сложно. Вначале европейские натуралисты воспринимали рассказы местных жителей об окапи как какие-то легенды — зверя-то никто в глаза не видел. Первое описание окапи было сделано в 1901 году секретарем Лондонского зоологического сообщества. По нескольким обрывкам кожи он предположил, что речь идет о новом виде зебр. В 1904 году геолог доктор Джей Джей Давид из Базеля стал первым европейцем, пристрелившим окапи. Скелет и кожа несчастного, но внимательно изученного животного, до сих пор хранится в Базеле в музее естественной истории. Так что этот вид известен науке немногим больше 100 лет.

Ну и напоследок — умилительное видео с новорожденным окапи.

Козодой — сравнительно маленькая птица. Ее вес составляет 50-100 грамм, а размер тела – до 28 см.

Эти птицы гнездятся прямо на земле, на сухой подстилке. И, соответственно, выбирают для этого определенные условия: полянки или окраины болот, где почти нет высокой травы, деревьев и кустарников. Так птица обеспечивает себе хороший обзор и возможность беспрепятственно взлететь под носом у приближающегося хищника (длинные крылья и короткие лапки мешают козодою легко взлетать из высокой травы).

В сезон размножения козодои разбиваются на пары. Самка откладывает 2 яйца, которые насиживает совместно со своим партнером в течение 16-18 дней. А меньше, чем через месяц после вылупления, птенцы уже начинают летать. После этого еще пара недель родительской опеки и все – вперед во взрослую жизнь.

Картинка на внимательность: найди козодоя

Обратили внимание на огромные выпуклые глаза козодоя? А они, между прочим, помогают птице видеть, что происходит сзади, не поворачивая головы – только слегка запрокидывая ее, чтобы спина не загораживала обзор.

Покровительственная окраска позволяет козодою великолепно маскироваться, так что затаившуюся на гнезде птицу можно не увидеть даже если она у вас прямо под носом. Заметив опасность, козодой прищуривает глаза, чтобы стать похожим на веточку, и продолжает осторожно наблюдать за потенциальной угрозой. При этом взгляд у птички становится подозрительный и даже немного презрительный. =)

Еще одна интересная особенность козодоя – огромный рот из-за которого кажется, что птица улыбается. Такая удивительная форма рта связана с питанием козодоев. Эти птицы – сумеречные охотники на насекомых. Их пища – летающие в потемках жуки, мотыльки, мошки, комары и прочие беспозвоночные, которых козодои ловят своим широко раскрытым ртом. Перья у козодоев мягкие и легкие, а полет бесшумный, как у сов.

Вначале мы уже упоминали, что название птицы связано с поверьем, мол, по ночам она ворует молоко у коров и коз. Но раз козодое вне интересует молоко, вы уже догадались, почему они любят навещать домашних животных? Разумеется, дело в упитанных и жирных насекомых, которые привлекают коровы и козы, и которыми питаются козодои.Если по лесу мух и комаров еще нужно поискать, то рядом с коровами, считай, целый шведский стол.

Ну и напоследок вот вам завораживающая песня козодоя:

P.S.

Наш почти соотечественник козодой обыкновенный похож на изящную веточку. А вот его родственник исполинский козодой больше похож на типичного героя мемов. Может быть, о нем мы расскажем в другой раз.

Обмен генами бактерии выполняют тремя способами:

1. С помощью конъюгации. Бактерии соединяются специальными белковыми трубочками, и одна из них передает другой часть своего генома.

2. С помощью вирусов. Вирусы, переходя из одной клетки в другую, могут прихватить с собой кусочек наследственной информации и встроить ее в новую клетку.

3. И самый простой способ — проглотить фрагмент ДНК прямо из окружающей среды. Дешево и сердито.

Горизонтальный обмен позволил организмам обмениваться друг с другом удачными «открытиями». С помощью заимствованных генов бактерия может быстро научиться усваивать незнакомый субстрат или противостоять токсинам (и, увы, — антибиотикам).

Отныне бактерии могли приобретать полезные признаки без необходимости дожидаться подходящей мутации. Но даже если обмен не приносил им ничего нового, он все равно шел им на пользу. Дублированные гены просто становились стратегическим запасом на случай внезапных поломок в их геноме.

Горизонтальный обмен генами стал своеобразным прообразом полового размножения и до сих пор играет важную роль в жизни бактерий.

Ядро

Более полутора миллиардов лет бактерии-прокариоты были единственными хозяевами планеты. Что неудивительно: эти существа способны выживать в любых условиях и получать энергию из чего угодно (даже из окисления металлов).

Однако именно на бактериях эволюция серьезно застопорилась. Проблема заключалась в том, что гены у них свободно плавают (я бы даже сказал «валяются») в цитоплазме. А цитоплазма — это настоящий «ведьмин котел», в котором одновременно происходят десятки химических реакций. В таких условиях было просто невозможно создать нормальные механизмы для регуляции наследственной информации.

Вот тут-то эволюция и совершила неожиданный маневр: у одноклеточных организмов появилось ядро. Его оболочка позволяла надежно отгородить ДНК от беспокойной цитоплазмы.

По одной из версий, «изобретателями» ядра стали археи — одни из самых древних бактерий на Земле. Когда атмосфера планеты начала насыщаться кислородом, археи почувствовали угрозу: этот газ для них был ядовит. И тогда они стали массово заимствовать гены у других организмов (в случае опасности так поступают многие бактерии).

В результате на свет появилась гипертрофированная бактерия с сердцевиной из организма-архея, который и стал ядром новой клетки. Эту гипотезу подтверждает сходство белков у археев и клеточных ядер.

Ядро помогло сделать процесс передачи наследственной информации более гибким и пластичным. Носители ядра (эукариоты) получили следующие «бонусы»:

1. Системы генной регуляции. Клетка могла изменить свои свойства, не меняя весь геном, а лишь слегка подстраивая его под текущие нужды.

2. Разделение областей транскрипции и трансляции. Внутри ядра фрагменты кода спокойно очищались от лишней информации (интронов), и лишь после отправлялись в цитоплазму, где на их основе синтезировался белок.

3. Уход от кольцевой хромосомы. Вместо нее у эукариотов появилось несколько линейных хромосом. Клеткам стало проще перестраивать геном и добавлять в него новые фрагменты.

4. Возможность фагоцитоза. Эукариоты могли «безнаказанно» заглатывать других бактерий, не опасаясь воздействия чужих ДНК.

Кстати, скорее всего, именно фагоцитоз и помог эукариотам обзавестись органеллами. По одной из версий, проглоченная клеткой пурпурная бактерия однажды не переварилась, а превратилась в митохондрию. А заживо съеденные цианобактерии стали пластидами, которые отвечают за фотосинтез у растений.

Итак, благодаря клеточному ядру организмы перестали пассивно пользоваться своим геномом и начали в какой-то степени его регулировать. А если снова вспомнить нашу компьютерную аналогию, то его появление можно сравнить с установкой на компьютер несложной операционной системы.

Многоклеточность

Примерно 700-900 миллионов лет назад на Земле появились первые многоклеточные организмы. От обычных бактериальных колоний они отличались прежде всего тем, что их клетки были дифференцированы по роду деятельности. Например, первые многоклеточные растения, скорее всего, состояли из двух видов клеток: первые отвечали за крепление к грунту, а вторые — за интенсивной рост всей колонии.

Вольвокс в старых учебниках приводился в качестве примера простейшего многоклеточно организма. Сегодня его относят скорее к колониям одноклеточных.

Многоклеточность стала высшим уровнем развития кооперации и дала организмам множество преимуществ:

— Узкая специализация клеток повысила их эффективность (не мы первые до этого додумались).

— Появилась возможность быстро делать «апгрейды» организма за счет подключения или отключения отдельных модулей.

— Способность к неограниченному росту. Организмы в процессе эволюции могли запросто подключать к себе новые и новые модули, не меняя при этом все остальное.

— Взаимозаменяемость клеток. Клеток у организмов стало много и все они друг друга частично дублировали. А это значит, что любую из них в случае поломки можно было легко заменить прямо «на ходу».

Многоклеточность стала своеобразным выходом эволюции в «надсистему». Она позволяла организмам еще быстрее приспосабливаться к окружающей среде и максимально гибко реагировать на ее изменения.

Половой отбор

И вот мы подошли к одному из самых мощных изобретений эволюции — половому отбору. Да, кому-то на первый взгляд может показаться, что он является всего лишь вариантом горизонтального обмена генами. Но это не совсем так.

Разделение организмов на два пола решило одну серьезную проблему, с которой сталкивались все однополые существа. Дело в том, что вегетативное размножение или партеногенез не позволяют виду избавиться от вредных мутаций.

При однополом размножении естественный отбор может отбраковать только весь геном целиком, а не отдельные его гены. Это значит, что вредные мутации будут постепенно накапливаться в ДНК, что однажды может закончиться гибелью всего вида.

А при половом отборе гены постоянно «тасуются» между разными организмами. Они образуют общий генофонд популяции, из которого можно постепенно изъять все вредные мутации.

Но и это еще не все. Со временем у двуполых организмов появились еще два преимущества:

1. Отбор стал более эффективным. Чтобы передать свои гены дальше, организму уже недостаточно получить паспорт дожить до полового созревания. Теперь ему еще нужно доказать свою «генетическую состоятельность» в борьбе за внимание самки или самца.

И этот экзамен оказался даже более суровым, чем обычное «выжить любой ценой». Даже мельчайший дефект, который почти не мешает жить, в этом деле мог стать роковым. Привередливый половой отбор отсеивает «не очень вредные» мутации и закрепляет «не самые очевидные» преимущества.

2. Появился элемент искусственного отбора. Самки (ну, или самцы) могли сами решить, признаки какого партнера больше подойдут их детям. Конечно, тут многое зависит и от развития мозга, и от инстинктов, и даже от случайной прихоти. Однако именно такому выбору мы обязаны появлением птичьего пения и живописной окраски у бабочек. И да, в эволюции человека этот фактор наверняка сыграл не последнюю роль.

Заключение

Это далеко не все изобретения эволюции. Мы можем вспомнить и эпигенетическую наследственность, которая позволяет подстроиться под окружающую среду всего за одно поколение. Можем вспомнить и социально-культурную эволюцию, которая кардинально изменила жизнь человека, даже не прикасаясь к его геному. Однако эти темы уже немного выходят за рамки «обычной» теории эволюции.

Старт: мир РНК-организмов

Еще в XIX веке ученые предположили, что жизнь на Земле вполне могла возникнуть из неживой материи. Со временем эта идея получила множество косвенных подтверждений. Например, было доказано, что все необходимые для жизни органические вещества запросто могут образоваться из неорганических, и что условия на молодой Земле были самым подходящими для таких реакций.

Насчет того, как именно происходила эта «химическая эволюция», выдвигались разные версии. Например, моему поколению в свое время излагали теорию Опарина о происхождении жизни из коацерватных капель — сгустков вещества, которые образуются в растворах белков и нуклеиновых кислот.

Однако сегодня самой популярной и проработанной стала теория РНК-мира. Она гласит, что первыми живыми существами на Земле были РНК-организмы — довольно простые молекулярные комплексы на основе РНК. Они образовались примерно 4 миллиарда лет назад и по сути представляли собой самоподдерживающие химические реакции (автокаталитические циклы).

Несмотря на примитивность, у РНК-организмов было все для дальнейшего развития:

— Они умели создавать собственные копии;

— Копии часто получались не точными, а с различными вариациями;

— Неудачные варианты, приводившие к нарушению устойчивой структуры, разрушались и «погибали».

То есть, у них присутствовали все слагаемые эволюции: наследственность, изменчивость и естественный отбор. Благодаря этому, РНК-организмы могли меняться и усложняться, а значит служили отличным исходным материалом для развития жизни.

Рекомбинация

Рекомбинация — это обмен фрагментами кода между молекулами РНК или ДНК. Во время этой процедуры молекулы разъединяются и соединяются снова, но уже другим способом.

По всей видимости, рекомбинация появилась еще у РНК-организмов. Однако у них она проходила пассивно и бесконтрольно, примерно как у современных вирусов (у которых генетическая информация тоже закодирована в РНК).

Но по-настоящему рекомбинация «обрела популярность» с появлением ДНК-организмов. А у эукариотов она стала регулярной и обязательной процедурой, которая непременно сопутствовала любому размножению. У них она чаще всего происходит в виде кроссинговера, то есть обмена участками между двумя хромосомами.

Рекомбинация, наравне с мутациями, стала основным источником наследственной изменчивости. Она помогает перемешивать нормальные и мутировавшие гены, тем самым увеличивая разнообразие генотипов в популяции. Также она легла в основу некоторых других эволюционных механизмов, которые мы рассмотрим чуть дальше.

ДНК

Шло время, и РНК-организмы становились все сложнее. Чтобы защититься от агрессивной окружающей среды, они обзавелись клеточной мембраной. А часть своих жизненных функций они передали белкам, которые справлялись с работой лучше, чем сами РНК-молекулы. Однако настоящим прорывом стала замена кода РНК на ДНК.

ДНК, в отличие от РНК, — это пассивная молекула. Вполне возможно, что в самом начале организмы использовали ее как промежуточный способ кодирования. Например, она хорошо подходила для тех фаз жизнедеятельности, которые не требуют активности (анабиоз и тому подобное). И лишь потом эволюция «оценила» все достоинства ДНК и сделала ее главным носителем информации.

Главное преимущество ДНК — это ее стабильность. Она меньше подвержена изменениям и искажениям, чем РНК, а значит гораздо лучше сохраняет наследственную информацию.

Чтобы было понятно, давайте воспользуемся компьютерной аналогией.

Представим, что РНК — это оперативная память. Программы в оперативной памяти выполняются быстро, но для долговременного хранения кода она не подходит. Для этой цели в компьютерах используется жесткий диск, на котором информацию можно хранить годами. Когда мы запускаем программу, она копируется с жесткого диска в оперативную память и там выполняется.

Аналогичный процесс происходит и в живой клетке. Вся наследственная информация хранится в ДНК, которая выполняет функцию жесткого диска. Когда возникает необходимость, код записывается на РНК («оперативку») и лишь после этого используется для производства белковых молекул.

ДНК позволило увеличить количество наследственной информации, что привело к усложнению организмов. Благодаря ей, на Земле появился мир бактерий, который дал начало всем остальным жизненным формам и благополучно сохранился до наших дней.

Сообщества

Организмов становилось все больше. Теперь им приходилось взаимодействовать не только с внешней средой, но еще и с другими организмами. А потому неудивительно, что со временем эволюция вышла на новый уровень, а именно — на уровень сообществ.

На Земле возникли первые формы симбиоза и кооперации. Их появление было не случайной прихотью природы, а острой необходимостью.

Дело в том, что ни один вид не может долго жить в одиночку: рано или поздно он израсходует все нужные ему ресурсы и погибнет. Для устойчивой жизни ему необходим хотя бы относительно замкнутый биологический цикл.

В самом простом случае для такого цикла требуются два вида организмов. Первый вид будет употреблять из окружающей среды какой-нибудь ресурс. Второй — перерабатывать отходы жизнедеятельности первого вида и возвращать исходный ресурс обратно в окружающую среду. Такое взаимодействие помогает обоим видам выживать, не истощая среду.

Первыми такими сообществами на Земле стали бактериальные маты — простейшие биоценозы из нескольких слоев бактерий.

У бактериальных матов может быть множество вариантов, и в самом простом случае для их существования достаточно всего двух слоев. Однако биологи шутят, что «настоящий мат бывает только трехэтажным». Например:

1 этаж: бактерии-фототрофы синтезируют органику из углекислого газа, перерабатывают сероводород и выделяют сульфаты.

2 этаж: бактерии-бродильщики употребляют органику и выделяют водород.

3 этаж: бактерии-сульфатредукторы  употребляют и водород, и сульфаты, а заодно производят сероводород для первого этажа.

Под матами постепенно накапливались осадочные породы и со временем превращались строматолиты — причудливые каменные образования. Самые древние из них были обнаружены в Западной Австралии: их возраст оценивается в 3,5 миллиарда лет.

Что же давали сообщества с точки зрения эволюции?

Во-первых, благодаря им, адаптация к среде вышла за пределы одного организма. Теперь каждое живое существо могло выживать, используя не только свои ресурсы, но и ресурсы других. Во-вторых, дальнейшее развитие симбиоза и кооперации привело к появлению многоклеточных организмов и тех сложных биоценозов, которые мы наблюдаем сегодня.

Во второй части статьи мы рассмотрим другие, более поздние формы изменения организмов. Не пропустите, она выйдет завтра!