Изумляющий вопрос

Изумляющий вопрос

У ботаников свой дуалистический спор. Какая жизненная форма была у покрытосемянных раньше: дерево или трава? Если спросить об этом далекого от ботаники человека, он скорее всего ответит, что трава. Действительно, ведь дерево — это что-то большое и сложно устроенное, а трава? Да что трава — фигня какая-то, чуть посложнее дрожжей.

В любом сложном вопросе обязательно найдется конформист-примиритель, обреченный на критику с обеих сторон. В ботанике таким стал Адрианус Меузе, выступавший сторонником широкой полифилии цветковых. По его мнению, первые покрытосемянные растения могли быть и травами и деревьями. Идея была бы замечательная, если бы возникновение таксонов не было результатом приспособления к новым экологическим условиям. Возможности таких приспособлений ограничены, эволюция должна протекать в сторону специализации наиболее успешной жизненной формы. Проще говоря, будь древние растения равно представлены как травами, так и деревьями, осталось бы что-то одно.

Лично мне эта концепция кажется высосанной из пальца, но мы же не про мое мнение сейчас говорим. У эволюционных ботаников веские доводы против идей Меузе, вне зависимости от того, какая, по их мнению жизненная форма возникла первой.

Когда начали выяснять, оказалось, что деревья обычно устроены примитивнее, чем травы. Под примитивными признаками понимают отсутствие специализированных подземных органов, преобладание стержневой корневой системы, неопадающие и неразделенные на влагалище, черешок и пластинку листья, многолетние травянистые, прямостоячие стебли без разветвлений и с многочисленными узлами. Если терминология ясна не полностью, представьте нечто среднее между борщевиком, пальмой и брусникой. Получится совсем не то, но столь же уродливое.

Казалось, вопрос решен. У деревьев чаще встречаются примитивные признаки, значит они были первыми, травы возникли позже. Но тут задумались о темпах эволюции. Если одни таксоны эволюционировали быстрее других, то примитивные признаки могут сохранится у более молодых таксонов, а у более старых исчезнуть. И потом, речь ведь о жизненной форме, а она за время эволюции запросто могла измениться. В итоге, по этому вопросу к шестидесятым годам ботаники окончательно запутались и переругались. Цвелев спорил с Красиловым, а Серебрякова критиковала Цвелева.

Так что было первым: трава или дерево? А хрен его знает. Но существует одна прелюбопытная теория, получившая название горной. Согласно горной теории, пока в мелу Лавразия и Гондвана разваливались на части, среди высокогорий формировалось нечто похожее на современный альпийский пояс, только условия жизни там были мягче. В этих местах и зародились первые покрытосемянные, которые представляли из себя многолетнюю траву с розеткой неопадающих листьев и соцветием на верхушке. Позже, такие растения начали спускаться в низины и уже там образовались и деревья, и травы, и кустарнички, и разная прочая благодать. Впрочем, нельзя исключать, что за время, пока мы тут сидели, ботаники опять что-то новое придумали.

Вывод из этой истории совершенно прост. Гоголь в эволюционной ботанике ни бельмеса не понимал. Уж если что в мире и «наводит изумление», так это истории о том, как и почему организмы сформировались в знакомом нам виде.

Метод с потолка

Метод с потолка

Не повезло многоножкам. Никто о них не думает, а если видят, то выражают демонстративную брезгливость. Это еще не самое плохое. Те, кого многоножки интересуют, норовят поскорее запихнуть животных в муфельные печи. Особенно, отчего-то преуспели в этом немцы. Пепел затем отправляют на масс-спектрометрию.

Все потому, что почвенные животные служат невероятно удобным индикатором загрязнения поверхностного слоя тяжелыми металлами. Особенно это касается разного рода кивсяков, вроде tachypodoiulus niger, вся активная жизнь которых проходит в лесной подстилке.

Казалось бы, отчего просто не собрать в пакет земли и не отдать в лабораторию? Зачем столько усилий на поимку почвенной фауны? Вспомним тут работы Леонтия Григорьевича Раменского и зададим аналогичный вопрос: «Для чего оценивать экологические условия по растительному покрову, если проще провести химический анализ?».

Химический анализ провести действительно проще, но если он один. Завтра пройдут дожди, понизится температура, задует влияющий на испарение ветер и актуальный химический состав изменится. Выходит, что одного анализа недостаточно, требуются регулярные наблюдения.

Но даже организовав регулярность наблюдений, вы еще не получите полной картины, поскольку почва для анализа берется из одного конкретного места. Ну ладно, если вы соблюдаете технологию «конверта», то из пяти разных мест. Какой результат вы получите, отойдя от места пробы десяток метров — большой вопрос.

Выходит, что биоиндикация почвы оказывается гораздо дешевле самой разветвленной сети отбора образцов на химический анализ. Для подстилки и самых верхних слоев почвы кивсяки подходят прекрасно. Можно еще лишайники со мхами использовать, но их не всегда найдешь, а еще и вид должен быть одинаков. Животные надежнее, тем более пространственный охват у них несравненно больше, чем у растений.

Тут наступает время сомневаться. Если методы столь хороши, почему до сих пор они выступают скорее необязательным бонусом при любых изысканиях и проектировании? Где переизданные тома легендарной коричневой книжки «Раменский, Цаценко, Чижиков, Антипин». Не может же один Сбербанк литературой заниматься, главный интерес должен у агрохолдингов быть.

Причин две. Первая — порог входа. Отобрать почву конвертом, может после небольшой инструкции любой тракторист, а химический анализ уже едва ли не на конвейере делают. Для биоиндикации мало того, что нужен грамотный специалист умеющий различать виды и знать их экологические предпочтения, так его еще и по полям нужно гонять. Автоматизировать этот процесс сложно.

Вторая причина в сложности интерпретации. Химический анализ дает очень понятные результаты: килограмм почвы содержит икс миллиграмм вещества. Если даже завтра этого вещества будет игрек, все-равно ясно о чем речь. Легко можно перемножить значения и, например, сравнить с выбросами ближайшего завода. Биоиндикация вызывает вопросы. Пусть ваши кивсяки накапливают некоторое количество металлов, как на основе этого суммарное загрязнение оценить? И потом, может они ползают только по местам, где загрязняющих веществ осаждается больше всего? Что мы знаем про этологию кивсяков? Да почти ничего.

С экологическим шкалированием Раменского еще хуже. Там вообще вместо количественных показателей фигурируют сомнительные баллы. Прямо не анализ, а какой-то отчет Пенсионного фонда. Что технология с тридцатых годов почти не развивалась, лучше даже не упоминать. Хорошо хоть знания в естественных науках устаревают не так быстро как айфоны.

Если преодолеть эти трудности, выйдут хорошие производственные методы оценки состояния окружающей среды. Но годы идут, а трудности все не преодолеваются. И сомнения все нарастают. Тем более, когда живущий в подстилке кивсяк tachypodoiulus niger на тебя почему-то с потолка падает.

Березовый гриб

Березовый гриб

Самый полезный гриб нынешнего четверга — чага. Утром специалисты из «Вектора» (это там, где вакцину от короновируса разработали) заявили о пользе экстракта чаги в лечении ковида. В ответ, главный инфекционист федерального медико-биологического агентства заявил, что чага — это хрень.

Обе новости сопровождались потрясающими иллюстрациями. На одной из них был трутовик окаймленный, а на другой вообще березовый кап. Это значит, что мы и раньше про чагу мало чего знали, а сейчас даже забыли как она выглядит.

Мнения о чаге полярны. Одни говорят, что пользы в ней никакой, а иногда вообще вред. Другие заявляют о способности чаги лечить все что угодно: и рак, и спид, и гонорею с перхотью. Причем с продвижением на восток авторитет чаги возрастает. Если поискать статьи по запросу «Inonotus obliquus«, обнаружишь абсолютное преобладание китайских фамилий среди авторов. Редко-редко попадаются среди них соотечественники, а западных исследователей чага будто вовсе не интересует.

Китайцев много и у них своя народно-медицинская атмосфера. В России чага была и до сих пор остается заменителем чая. Жителям крупных городов это утверждение может показаться сомнительным, но чем дальше от цивилизации, тем чаще слышна фраза: «Зачем покупать чай за сорок рублей, когда чаги на березах полно». А уж представителям полевых профессий о пользе чаги совсем не нужно рассказывать. Если бы еще на березе табак рос, а вместо березового сока самогонка текла, вообще бы в город никто не возвращался.

Тут бы махнуть рукой и списать все рассказы о чаговой пользе на особенности китайцев. Что чага? Они друг друга пенисами тигров лечат, так что можно закрывать тему. Вот только есть одна любопытная статья, тоже китайцами написанная.

Хиун, Жеонг и Ли в 2006 году опубликовали статью о чаге, в которой заметили: фармакологи обычно работают только с плодовым телом гриба, не обращая внимания на субстрат, а ведь от этого могут зависеть результаты. Тем более, если учесть, что в России чага растет только на березе пушистой и повислой. Редко-редко можно встретить ее на серой и черной ольхе. Утверждение, конечно, слишком категоричное: во-первых, я слабо верю в невозможность обнаружить чагу, скажем на березе Эрмана, а во-вторых, сама классификация берез далеко не так проста, как можно подумать. Но это все-равно березы. В Китае-же чага преспокойно растет и на вязе приземистом, и на гревиллеи крупной, и на японской ольхе. Может это вообще разные виды чаги?

Бывают ситуации, когда чага незаменима. Но принесет она вам вред или пользу, никто пока сказать не может. Особенно, если под видом чаги вы окаймленный трутовик завариваете.

Осознание масштаба

Осознание масштаба

Мечтать о заработке в научных исследованиях может лишь идиот. Жаль, мне об этом никто не сказал шесть лет назад. А может и говорили, да я, идиот, не услышал. Причина проста: людей мало интересуют результаты исследований. Но те, кого интересуют, бедны.

Научный эскапизм я наблюдал много раз. Выглядит удручающе: женщина постбальзаковского возраста на пол-ставки в НИИ, каком-нибудь «центре чего-то там», или университете. Без оборудования, без стажировок, с окладом в пятнадцать тысяч и фанатичной уверенностью в том, что ее работа спасет мир. И мир, поэтому ей всем обязан.

Мужчины тоже такие бывают, но встречаются реже. Не потому, что эта зараза на них не действует. Мужчины сильнее подвержены социальной дивергенции: либо спиваются, либо уходят туда, где можно заработать. В научной среде их мало, а те, кто остались, едва ли не в эпоху НЭПа родились.

Все эти люди беспрерывно заняты одним — пьют чай и рассказывают о том, как воруют в государстве. Предметный разговор о теме их исследования заводить бесполезно — вас не поддержат. Да и как поддержать, если последняя вменяемая деятельность закончилась в девяносто четвертом году. Но если вы скажете о том, что наука — это третьестепенная обслуживающая отрасль экономики — будьте готовы к яростным оскорблениям и нападкам.

А собственно, что такого? Да третьестепенная, да обслуживающая. И что? Область развлечений стоит еще дальше, но я не помню историй о том, что корпоратив спасет мир, поэтому страна обязана его оплатить. Более того, в России нет проблем с финансированием исследований: бери в любом банке кредит и вперед. «Так ведь его придется отдавать!». Вот и я говорю: занимаемся фигней. С тем же успехом из носа можно разного наковырять, а потом это долго систематизировать.

Если государство решит оплачивать науку в полной мере, все начнется с того, что половину расстреляют, а половину в шарашки загонят. А уж потом обеспечат всем необходимым, вплоть до полевых дневников государственного образца. Когда открываешь такой — лучше всякой статистики осознаешь масштабы финансирования науки в Советском Союзе. А потом вспоминаешь, что исследования в области лесоводства и картографии нужны были, в первую очередь, для оптимального размещения лагерей.

Научные исследования всегда существовали только в двух форматах: либо как развлечения богачей, либо как один из методов войны. Важно сделать правильный выбор. Впрочем, если страна войну не ведет, выбора вообще не остается.

Перколяция в роутинге

Оказывается, если ложиться спать не после рассвета, а в семь вечера, то просыпаться в пять утра значительно легче. А еще, оказывается, что среди докладов и статей о картографии, почти не упоминается теория перколяции. Но если о первом можно догадаться, хотя-бы теоретически, причины второго мне совершенно не ясны.

Теория перколяции занимается вопросами перетекания субстанций разной природы по разветвленной сети каналов. Например, она отвечает на вопрос о минимальном количестве заблокированных участков дорог, при котором построение маршрута из восточной части города в западную становится невозможным. Или, в случае картографии, помогает оценить зависимость качества роутинга от связности графа дорог.

Никогда не поверю, что на развитии алгоритма Дейкстры все остановилось. В чем причина? В иной терминологии? В специфике задач? Или может, реальность такова, что любая разновидность модели Шкловского — де Жена оказывается бесполезной? Даже если так, все-равно кого-то должна была соблазнить идея рассматривать построение связного графа в качестве фазового перехода.

Тема безгранична для теории и практики картографов-урбанистов. Особенно, если представить дорожную сеть как набор ламинарных и хаотических участков. Введя ограничение на максимальную протяженность маршрута, вы получите области в которых небольшое отклонение от маршрута ведет к невозможности его завершения. Значит можно рассчитать размерность Хаусдорфа-Безиковича для фазового пространства дорожной сети. Я только не понимаю, что такая размерность будет означать и как ее рассчитывать. Но это все-равно интереснее инструкции по установке графхоппера.

Проектирование реальности

Проектирование реальности

Всех активистов, ратующих за сохранение природы, пригласить в реальные проекты невозможно. А жаль. Полагаю, пыл бы тогда их очень быстро угас. Оказывается, природоохранные мероприятия — это не речи толкать и не создавать движения по «спасению экологии» из десятка сумасшедших, а заниматься нудной, однообразной бюрократической работой.

Речь даже не про общественные слушания, не про суды (которых не избежать), не про тендеры, и не про согласования. Допустить к такой работе волонтеров — это садизм. Для начала, можно просто попросить их составить план лесонасаждений.

Начинается работа с поездки в лесничество. Звонить туда все-равно бесполезно, максимум вы договоритесь о встрече. Но когда приедете, нужного человека на месте не будет. Придется приезжать несколько раз. Нужна вам габаритная тетенька в должности помощника лесничего. Сам лесничий либо в лесу, либо в бане, ему не до вас. Впрочем, тетеньке тоже.

Необходимо узнать о наличии и состоянии лесоустроительной документации. А дальше прикинуться студентом и добиться разрешения на фотографию. Для этого необходимо взять в каком-нибудь подходящем институте сопроводительное письмо. Без этого материалы вам не покажут, поскольку вы — негодяи, собираетесь на этом деньги зарабатывать.

Но даже если справка есть, сканировать материалы все-равно не позволят. Ведь вам несколько часов придется сидеть, а тетеньке домой надо идти, а перед этим чаю попить. Быстро все фотографируете, попутно фиксируя и то, что надо, и то, что не надо. Возвращаетесь обратно.

Теперь материалы нужно привязать. Работа монотонная, но нервная, поскольку будь вы хоть гением маткартографии, ничего вменяемого у вас не выйдет. Во-первых, по причине дисторсии, во-вторых, состояние планов, которые вы сфотографировали часто чудовищное. В-третьих, потому что фотографии сделаны под разными углами. А самое главное: планы лесонасаждений никогда не бьются ни с картой, ни со спутником, ни с кадастром.

Да, чуть не забыл. Полтора десятка лет назад мы все это делали в автокаде. Когда появился ArcView 3.2a, казалось будто большего счастья в жизни испытать не доведется.

С тех пор, конечно, много поменялось. Я уже не помню, когда последний раз привязывал растр. Ладно, помню — два месяца назад. Но формулы преобразования, хоть Гельмерта, хоть Молоденского, хоть Бурса-Вольфа позабыты напрочь. Все автоматизировано, но это не значит, что процесс работы стал гораздо легче. Технологии улучшаются, но люди остаются людьми.

Жаль, что волонтеры не принимают участия в реальных проектах. Но это не потому, что проектов на всех не хватает, а потому, что ни один вменяемый человек их к работе не подпустит.

Аналитические способности

Аналитические способности

Поздняя осень — самое благоприятное время для оценки своих аналитических способностей. Налейте в термос горячего чаю, оденьтесь потеплее и шагайте вдоль реки или поля пока не увидите мурмурацию — стаю птиц в виде большого подвижного облака. Зрелище завораживает, но давайте в рамках анализа посмотрим на детали.

С тех пор как Рейнольдс в 1987 году предложил классическую модель мурмураций, мода на изучение согласованных движений постоянно растет. В девяносто пятом появилась модель Вичека, в две тысячи седьмом модель Кукера-Смейла — наиболее популярная сегодня. Кукер и Смейл описали мурмурацию как набор объектов, каждый из которых выбирает собственную скорость на основе средневзвешенной разницы в скоростях соседей, а вес каждой оценки зависит от удаленности соседей от объекта.

Дополнения к модели Кукера-Смейла публикуют каждый год. Тут вам и система с иерархиями, и топология переключения, и прочие математические экзерсисы. Не то, что-бы полет птиц всех уж так завораживал, тут скорее интересы практического рода: модель Кукера-Смейла оказалась крайне важной в теории машинного обучения.

Когда мурмурирующее облако захватывает преграду, часть птиц перестает видеть соседей, что можно представить как потерю пакета данных. Изучение этого вопроса Сетинкаем, Иши и Гаякавой в 2017 году пригодилось в области кибербезопасности и сетевом управлении динамическими системами. Да кто из нас не видел съемок группового запуска дронов и не слышал истории о миллионах беспилотных автомобилей на дорогах.

Если не рассматривать популярность, что остается общего между клеточным автоматом Крейга Рейнольдса, машинным обучением, теорией детерминированного хаоса, фрактальной геометрией Мандельброта и даже гладкими отображениями Уитни? Ничего из перечисленного не использует концепцию анализа. Новая парадигма исследований — синтез. Не разбить сложный объект на множество простых, а из простых объектов собрать сложный. И не просто сложный, а сложный эмергентно, то есть обладающий свойствами, которые нельзя получить сложением свойств составляющих объект частей.

Монополия аналитиков завершается. Это не значит, что они исчезнут, но и главными не будут. Если бы вместо данных мы говорили про кирпичи, пришлось бы признать: ситуация, при которой на каждого умеющего строить дом приходятся сотни тех, кто умеет дома разбирать, склонна к изменениям.

На практике это приведет к тому, что придя на работу в качестве специалиста по анализу данных вы услышите неожиданный ответ: «Анализировать у меня и секретарша может, ты мне данные синтезируй». А все почему? Правильно — за птицами надо было наблюдать.

Игра в абстракции

Игра в абстракции

В чем главная разница между стулом и собакой? Стул на трех ножках идеален, а собака без лапы обязательно хромает, хотя сидеть может совершенно нормально. Значит минимальное количестве точек опоры зависит от свойственности объекту движения.

Движение — это изменение положения в пространстве и времени. Следовательно, для стула время не существует. Но кто из нас не видел старый стул? А может не существует одного времени, их много?

Или взять человека. У него вообще две ноги. Выходит, что мы живем в двумерном мире, стул в трехмерном, а собака в четырехмерном. Ну или минимально необходимое число точек опоры кратно количеству измерений пространства в котором находится объект.

Тут вы скажете, что все дело в симметрии. А я расскажу о том, что порой полезно поиграть в абстракции, даже когда они лишены смысла. Ну ладно, пусть не так уж и полезно. Но чрезвычайно увлекательно.

«Это все глупость и пустая трата времени» скажет иной. Совершенно согласен. Но бывает посмотришь на человека, который не задается подобными размышлениями — дурак дураком. Я прямо вижу как старик Меркатор рассказывает: «Если разрезать карты на квадратики и сложить их стопкой, сможем смотреть в любую точку как через подзорную трубу».

— Послушай, Герард. Твое предложение резать карты нам не нравится. Но когда ты говоришь, что в будущем карты будет рисовать разная чернь — мы в полном недоумении. А завтра что? Объявишь, будто жизни католиков и гугенотов одинаково важны?

Дорогу наркомании

Будь я химиком, посвятил бы жизнь разработке наркотических веществ из сосновой хвои. Или из елки. Смысла никакого, но интересно посмотреть на методы борьбы. Вырубить все деревья? У каждого ствола поставить охрану?

Глупость человеческая не знает границ. Вот появился ковид у норок. Пока только на фермах Дании, Нидерландов, Италии, Испании, Швеции. Ну и в США, естественно. Что нужно сделать? — Правильно: всех зверей под нож.

Спасибо ковиду за вклад в патриотизм. У нас проблем много, но когда Жириновский предлагал на границе отстреливать перелетных птиц с птичьим гриппом, все говорили, что он идиот. А тут все нормально. Заболели норки — в расход их. Не то, что-бы я особо рефлексировал, в конце-концов их для того и выращивают, но что, если завтра ковид начнут разносить мыши? Или комары? Или инфузории? Ну ладно, не ковид, но пусть другую подобную хрень.

Можно продолжить еще дальше. Ведь люди тоже разносят болезнь, может их тоже тогда, того… Ради всемирного счастья. Вчера в автобусе попутчик-старик рассказал как двадцать лет на шахте отработал. «Чего мне эти маски? Я помню еще как в дом немецкий офицер зашел, сожрал блины, сказал «спасибо» по-русски и вышел». Весь автобус согласился. Обожаю мой народ. Секрет его долготерпения в умении жить абсолютно независимой от государства жизнью.

Помните главный философский вопрос в школе? «Если все с крыши прыгнут, ты тоже прыгнешь?». Поздравляю — пригодилось. Не понимаю лишь одного: то ли в западных школах такой вопрос не задают, то ли там все под наркотой. Тем более, что мак в этом году чудо как уродился.

Мысль о структурах

Мысль о структурах

Разглядывал старый снимок, невесть когда сделанный зимой из вертолета. На снимке пойма реки в Западной Сибири, уже и не помню какой (если кто подскажет — буду благодарен). Но дело даже не в снимке и не в реке.

Размышляя о различиях в структурных формах, образованных аллювиальными, делювиальными, пролювиальными, элювиальными и прочими процессами неизбежно вспоминаешь похожие визуальные образы. Это наталкивает на главный вопрос: возможно ли встретить среди устойчивых структур любую произвольную комбинацию элементов? Или даже больше: как связана динамика системы с ее структурой?

Нет, я не о гистограммах Шноля говорю. Это исследование удивительно и вызывает массу сомнений, особенно в части объяснения. Я скорее предполагаю, что в природной среде существуют структуры, устойчивость которых не зависит от их физической природы. Это может быть русло реки, ветвь дерева, сосулька, трещина — все что угодно, но при наличии определенной формы можно заранее предсказать дальнейшую динамику этой структуры. Нечто вроде планера из клеточного автомата Конвея.

Если подойти более практично, то вопрос можно рассмотреть в области дешифрирования спутниковых снимков. Очевидно, что рядом с произвольно выбранным пикселем можно встретить пиксель произвольной яркости. Но если мы возьмем больший охват, верно ли будет утверждение о том, что какую бы область на снимке мы не взяли, в ней всегда существует ненулевая вероятность встретить произвольную комбинацию пикселей? На первый взгляд ответ очевиден — конечно да, может быть какая угодно комбинация. Но если вдуматься, это утверждение равносильно мысли о том, что открыв свежий Сентинель вы прочитаете на нем свое имя и рассказ про то, как с велосипеда упали.

И потом, разве не указывает мысль о равной вероятности появления любой структуры на хаос в системе? С другой стороны, я давно шучу о том, что любое значение яркости пикселя следует воспринимать вероятностно, подобно атомной орбитали. Все потому, что разглядывая пиксель самого свежего снимка вы уже влияете на актуальное значение яркости. Незначительно влияете, но в нашем мире детерминированного хаоса размер вообще значения не имеет.

Тут мысль переключается на алеатику и размышления Б.В. Гнеденко о природе вероятности, но пожалуй все это необходимо жестко пресечь. Тем более, только что вспомнил: этот снимок я сделал в ванной после того как лодку мыл.