Спонтанная эволюция: Позитивное будущее и как туда добраться

Независимо от того, какой путь адаптации выбирали бактерии в каждой пробирке, они в конце концов приспосабливались к идентичным условиям приблизительно одинаковыми способами. Это свидетельствует о том, что идентичные популяции при попадании в идентичные условия следуют параллельными путями эволюции. Таким образом, в ходе данного эксперимента и других экспериментов, описанных выше, передовая наука продемонстрировала: факторы среды оказывают непосредственное влияние на эволюцию и, очевидно, направление эволюции не является случайным.

Но если направление эволюции задают условия среды (что явствует из описанных экспериментов), значит, достаточно глубокое понимание этих условий даст нам возможность предсказывать ее дальнейший ход. Тогда вопрос состоит в следующем: «Можем ли мы предсказать, как будут вести себя условия среды в динамичном мире?»

Со стороны кажется, что динамические системы ведут себя беспорядочно. Но Лоренц продемонстрировал, что при наличии достаточно точных данных об окружающей среде поведение даже таких систем оказывается предсказуемым. Динамические системы представляют собой детерминистический хаос, или просто хаос

. В отличие от систем, демонстрирующих беспорядочное поведение, судьба хаотических систем все-таки может быть предсказана, и (как убедился Лоренц) они крайне чувствительны к тончайшим исходным влияниям.

Еще раз дежавю

Помимо чувствительности динамические (или хаотические) системы характеризуются еще одной фундаментальной чертой: итерацией. Что такое итерация? Это просто-напросто повторение структуры — будь то физическая структура или поведенческая. Например, если мы сделаем съемку береговой линии океана со спутника, с самолета, с корабля и с пляжа, а затем сравним очертания берегов на разных снимках, то везде увидим автомодельные (или самоподобные) формы. Аналогичным образом, из повторяющихся автомодельных структур разных масштабов состоит дерево — очертания всего дерева похожи на очертания большой ветки, которые, в свою очередь, опять повторяются в каждой маленькой веточке.

В математике итерация представляет собой повторяющееся применение одной и той же функции или формулы, когда данные, полученные на выходе каждого этапа, используются в качестве входящих данных для следующего этапа. Например, рассмотрите следующее итерированное уравнение:

Длина отрезка: 2 =

Например:

12 дюймов: 2 = 6 дюймов

Повторим процесс:

6 дюймов: 2 = 3 дюйма

3 дюйма: 2 = 1,5 дюйма

1,5 дюйма: 2 = 0,75 дюйма

0,75 дюйма: 2 = 0,375 дюйма

И так далее: каждый следующий отрезок становится вдвое короче предыдущего до тех пор, пока ваш карандаш не окажется слишком толстым, чтобы начертить очередной отрезок. Но и тогда итеративное уравнение может продолжаться. Так, вы смогли бы увидеть более маленькие отрезки под микроскопом.

В этом итерированном уравнении мы используем одномерный отрезок, а потому в результате у нас получаются просто все новые отрезки меньшей длины. Однако если применить итерацию к двумерному объекту, например к треугольнику, то в результате итерирования получится объект большой сложности.

Построение двумерной снежинки Коха начинается с простого равностороннего треугольника. Далее начинается итерирование, суть которого состоит в следующем: на каждой стороне треугольника строим новый равносторонний треугольник, периметр которого равен длине стороны, на которой он построен; применяя эту формулу снова и снова, мы будем добавлять на каждую вновь созданную сторону все меньшие и меньшие треугольнички.

Снежинка Коха — пример итерированной структуры, созданной на основе двумерного объекта. При итерировании трехмерных объектов результат получается еще более сложным.

Задумайтесь над следующим фактом: все виды животных на планете, от червей до кашалотов, представляют собой многомерные системы, состоящие, по сути, из итерированных клеточных структур. Эти сложные системы (организмы), а также среда, где они обитают, — хаотичны. Однако, когда мы применяем математическое моделирование, они становятся — вы готовы это услышать? — предсказуемыми!

Именно эту концепцию предсказуемого хаоса имел в виду Галилео Галилей, когда сказал: «Математика — это язык, на котором Бог написал Вселенную».

На примере снежинки Коха мы видим, как из такой простой геометрической формы, как равносторонний треугольник, мы можем получать все более сложные фигуры