Е.Б. Федосеевой "Закономерности преобразования скелетно-мышечных структур у муравьев (Formicidae)"
Общий смысл работы (так, как я его понял). У нас имеется множество вопросов по поводу насекомых
- отчего у этого коленчатые усики? а почему этот задирает брюшко на бегу? а почему у этого
перетяжка между брюхом и грудью из двух члеников, а у того - из одного? - таких вопросов несчетное
количество. Ответов, в общем, нет. Почему?
Мы имеем огромный ряд данных по морфологии - как что устроено - хоть на макроуровне, хоть на
микроскопическом. Мы имеет огромный ряд данных по экологии - как живут те и эти. как питаются,
чем, сколь быстро бегают и проч. Почему мы не можем отвечать на вопросы "зачем?" Казалось бы -
"когда оно вот так устроено, это эффективнее, экономичнее, полезнее" - нормальный ответ.
Такие ответы и в самом деле есть, но - на уровне необоснованных гипотез. Кажется, что наверное
примерно вот по этой причине... но есть и множество других гипотез, и не понятно, как их проверять - и не ясно, сколько таких гипотез может быть. Может, им удобнее такими усиками что-то там делать в гнезде? или ощупывать пищу? а сколько таких предположений можно сделать? а как их проверить?
Разумная форма ответа - преобразование этой объясняющей гипотезы в инженерную задачу. Допускаем, что нужно для того-то - делаем расчеты в соответствии с моделью - показываем, чем альтернативное предполагаемое строение хуже. Говорят, скажем, что два членика в перетяжке некоторых муравьев - это для подвижности брюшка. У других, правда, один членик, и не заметно, чтобы у них брюшко было менее подвижно. Ну так возьмем модель и замерим...
Не получается. В самых грубых словах: физика (если угодно - инженерия; математика - короче, точные
количественные методы) пока не умеют работать с такими объектами. Основная причина - задачи не
допускают той степени огрубления, при которой может начать работать "физик". Скажем, посчитать
подвижность элемента, который на таких-то вот шарнирчиках приделан - можно, но при допущении,
что шарниры жесткие, стенки неподвижные и т.п. А это не так. А можно ли этим пренебречь? А кто
его знает. Обычно при редукции задачи к допустимой для физического решения форме теряется
биологический смысл - простенькая модель ведет себя... но совершенно не ясно, имеет ли это отношение к тому, что есть в природе. Там, где опоры - подвижные, стенки сегментов - гнутся, шарнир - не жесткий и т.п. Поди вычисли там силы и моменты - нету пока таких методик, или они крайне трудоемки... что то же самое. Цена решения намного превосходит цену задачи - при этом задач крайне много и они не сводимы одна к другой, так что решение задачи о коленчатости усиков ничего не скажет о решении подвижности брюшка.
В данной работе предложен выход. В основе теории - концепция Уголева о технологических системах.
Метод работы - функциональная морфология. Метод объединяет морфологические, физиологические и
экологические данные в одно целое исследование, позволяя расшифровать их взаимную связь и
получить на выходе ответы. Разумеется, в неколичественной форме. Но нам ведь исходно и не
требовалось - в количественной. хотелось знать, отчего усики коленчатые, как проверить гипотезы,
какие вообще гипотезы тут могут быть - как выдвинуть достаточно полный спектр гипотез для
сравнения.
Общий смысл: строится система поведенческих актов - от цельных действий до элементарных
двигательных актов (этологи умеют это дело выделять). Строится "морфологическая" система - для
насекомых это система (иерархическая) от тагм тела (головы, груди...) до скелетно-мышечных
комплексов - опор и мышц, которые тянут-толкают всякие там хитиновые пластиночки. Создаетсч меж
ними связка - "технологическая часть описания". Каждый скелетно-мышечный комплекс может быть
задействован в разных поведенческих актах, и то, как именно он задействован вот в этом данном акте - это тоже следует описать, то есть из полифункциональных машинок для каждого действия организм
"строит" особую техносистему, которая и выполняет - бег, ощупывание усиками, бросок на добычку и
т.п.
После таких построений становится понятно, что делает каждый элемент и "зачем он нужен". (Тут я
вынужденно сократил - собственно, всё, что сказано выше - не проговаривается подробно, ибо
"болтовня и теория", а говорится в диссертации как раз о том, что я не скажу - всякая мелкая
фактика). Становится ясно, что усики бывают коленчатые у ползающих наземных форм, слабенько
летающих, а у хороших летунов они не коленчатые - потому как в полете оторвет усы на хрен, если их
жесткими сделать, потому у хороших летунов это шарнирная лента сегментов. Выясняется, что
подвижность брюшка одинаковая что при одном сочленении, что при двух - там решалась совсем иная
задача, просто к сокращению брюшного отдела, мешающего бегать быстро, твари перешли на разных
этапах, на одном удобнее так, на другом - этак, это исторически объясняется, а не функционально - из подвижности. И дальше всякие штуки - почему голова прогнатная, почему то, почему сё...
Это не количественные ответы. Но зато они артикулируемые, проверяемые (сравнительным сопоставлением и т.п.) и позволяющие с ними работать как с проверяемыми гипотезами - скажем, раз
есть объяснение, отчего усики муравьев коленчатые, можно смотреть - искать хороших летунов с
коленчатыми (был бы контрпример), или думать про прогнатную голову - тоже с полетом связано.
Когда летишь с большой скоростью, если башкой всяко вертеть, возникает такой крутящий момент, что
сразу в кусты улетишь вверх тормашками, потому у хороших летунов подвижность движений вверх-вниз ограничена (как мухи: кругом вертеть - пожалуйста, а вверх-вниз - не очень), и меловые кузнечики, которые отказывались от передвижения прыжками - быстренько развивали прогнтную голову - теперь можно... Так что набираются подтверждения - а потом, возможно, найдутся и опровержения - главное, понятно, как отсюда плясать.
Как считает автор, ей удалось разработать системный способ анализа, при котором в
исследовании становятся на своё место столь разнообразные сведения о строении, функционировании и
экологии животных. Огромные сводки, объединенные одним подходом (только-экологические,
морфологические и тп) можно выходить на системные описания объектов, увязывать особенности,
выявленные разными науками, - и получать объяснения: некоторым морфологическим признакам - из
экологии, некоторым особенностям поведения - из строения.
И ещё раз: так, как я это написал, - разумеется, так это не говорят. Масса неточностей. Но, кажется, так понятнее...
"Модель организации описания скелетно-мышечного аппарата основана на сопряженном изучении
структурных и функциональных параметров, структуризации двигательного поведения по задачам и
реконструкции связей в ходе параллельного построения систем движений и двигательных устройств,
обеспечивающих жизненно-важные процессы... Представление о скелетно-мышечных комплексах как
мультипотентных биомеханических элементах скелетно-мышечного аппарата, образующих
мультифункциональные блоки различных систем, позволяет выявлять через параметры исполнительных
устройств взаимосвязи жизненно важных процессов насекомых" (из автореферата)