Кафедра Ваннаха: Спецвоздействия и "Фобос"

Автор: Михаил Ваннах

Опубликовано 20 февраля 2012 года

Надо сказать, что, несмотря на все происходящие в наших палестинах чудеса, российская наука рождает крайне оригинальные и масштабные проекты. Такие, в которых техника сливается с физикой. Скажем, РадиоАстрон, в котором тяготение Луны "мнёт" орбиту космического аппарата, формируя ориентацию и базу космического радиоинтерферометра. Или "Фобос-Грунт", в котором впервые была задумана попытка получить образцы минералов иной планеты.

Поскольку доступные технологии (те же химические двигатели, что на первом спутнике, определяющие скорость истечения) не дают возможности при реально доступных объёмах финансирования (накладывающих ограничения на стоимость и массу аппарата, а следовательно, и число Циолковского) спуститься на Марс и взлететь оттуда с образцами, то была придумана очень оригинальная схема.

"Ныряние" в "гравитационный колодец" красной планеты не предполагалось. Пробы должны были быть взяты с крохотного Фобоса. На возвращение с которого нужно несопоставимо меньше энергии. Такая схема экспедиции позволяла обойтись даже без электрореактивного двигателя, первоначально предполагавшегося в качестве маршевого. На реализацию проекта российским бюджетом было выделено пять миллиардов рублей. На этом этапе было всё хорошо.

Дальше начинается драма техники. 9 ноября 2011 года российский носитель "Зенит-2" (напомним, работающий на тех же керосине и жидком кислороде, что и королевская Р-7) успешно вывел на близкую к расчётной орбиту тринадцатитонный аппарат "Фобос-Грунт". Станция дала телеметрию, раскрыла солнечные батареи, начала кормить энергией аккумуляторные батареи.

Стартовать с опорной орбиты на эллиптическую промежуточную (с каковой и предстояло уйти к Марсу) "Фобос-Грунт" должен был автоматически. Но этого не произошло. Как, естественно, и прибытия к Марсу в сентябре. И посадки на Фобос. И возвращения с грунтом на Землю… Двигатели не включились. Обмен данными со станцией прервался. 10, 11, 12 ноября шли попытки связаться с аппаратом. Он не реагировал даже на команды прямого действия.

14 ноября Роскосмос объявил, что АМС пока не потеряна, но может упасть в январе. С этого момента можно говорить уже не о национальной технической драме – неудачи при прорывах в новое неизбежны, но о комедии нравов. Чиновничьих…

Именно по ведомству музы этого жанра Талии проходят высказывания одного из руководителей Роскосмоса о том, что хотя марсианская миссия сорвана, но аппарат можно послать на Луну (ну, наверное, и ещё куда-нибудь…) В двадцатых числах ноября расположенный в австралийском Перте наземный пункт слежения Европейского космического агентства принимает сначала радиосигналы, а потом и аварийную телеметрию. Попытки передать на борт межпланетной станции команды на подъём аппарата на более высокую орбиту, предпринятые из Перта и с Байконура, успеха не имели. 30 ноября канадцы фиксируют отделение от "Фобос-Грунта" фрагментов. 2 декабря Европейское космическое агентство прекращает попытки связаться со станцией…

И дальше идёт уже не комедия как высокий литературный жанр, окормляемый спутницей Аполлона, а то, что проходит разве что по ведомству связанного с мрачными космическими силами сына Ночи, братца Смерти – божка насмешек Мома… Скажем, 9 января 2012 года глава Роскосмоса Владимир Поповкин заявил, что не исключает, что аварии космических аппаратов последнего времени могли стать результатом внешнего (возможно, умышленного) воздействия. (Тут делался очень тонкий, при столь толстых обстоятельствах, намёк на работу радара испытательного полигона имени Рейгана с атолла Кваджелейн: мол, мегаваттный импульс спалил электронику…)

Дальше шла сугубая потеха с определением места падения "Фобос-Грунта", прекратившего свое существование 15 января 2012 года. В новостных лентах можно было увидеть, что обломки автоматической станции "Фобос-Грунт" упали в Тихий океан; там же, в тех же сообщениях, сообщалось, что согласно прогнозам Федерального космического агентства РФ аппарат должен был упасть в Атлантический океан; ну и фигурировала ссылка, что "Роскосмос прогнозирует, что "Фобос-Грунт" упадёт в Индийский океан". Про всё это литературным языком говорить невозможно, но в рунетовском новоязе прижился адекватный термин - "Доставляет!".

Но этим дело не ограничилось. В конце января уважаемые новостные агентства начали, ссылаясь на неназванные источники в космической отрасли, рассказывать про использование при создании станции некондиционных контрафактных деталей. Ещё веселее… Правда, представить, что где-то в Китае разобрали старую американскую железку, извлекли чипы, перемаркировали их и запродали в Россию, весьма трудно. Так что такие экзотические версии мы отбросим. Будем исходить лишь из того, что приведено от имени официальных лиц.

Вот приведём отрывок из того, что в Воронеже, в конце января, сказал на "разборе полётов" глава Роскосмоса Владимир Поповкин: "Там микросхемы, которые были применены, в отличие от тех микросхем, которые раньше применялись на "Фрегате", - они меньше по типономиналу. Там вместо 200 нанометров где-то 90 нанометров. Но это импортная компонентная база, и, конечно, вот причина, наверное, в этом". Так. Поразительно интересно! Что, существует закон природы, согласно которому переход на следующее поколение микросхем, с меньшими допусками, сам по себе должен сопровождаться снижением их надёжности? Надо же…

На том же "разборе полётов" выступил и глава комиссии по расследованию причин аварии Юрий Коптев. "При создании "Фобос-Грунта" использовалось 95 тысяч микросхем, из которых 62 процента – это элементная база класса industry", - заявил он. Ну, по сравнению с приведённым выше текстом прогресс налицо. То, что мелкосхемы дифференцируются не только по поколениям да техпроцессам, но и по исполнениям, все же знают.

Только вот что забавно. Платформа "Навигатор", на базе которой делали "Фобос-Грунт", вроде бы относится к разряду негерметичных. И туда определили шесть десятков тысяч микросхем в промышленном исполнении? Оооо!!! Лихо… Причём сказать, что такого делать нельзя, просто так невозможно.

Часто ли вы, уважаемые читатели, сталкиваетесь с отказами микросхем? Вот-вот, куда чаще проблемы возникают в подокислившихся или разболтавшихся контактах, в хрупких экранах и т.п. Так что, может быть, и чипы промышленного исполнения имеют характеристики, позволяющие им прекрасно отработать в космическом пространстве весь цикл полёта. Только характеристики эти – не заявлены производителем. Не гарантирует он этого.

Но – ничего страшного! В Войне Судного Дня для израильтян неприятным сюрпризом стала насыщенность арабских войск советскими ПТУР "Малютка". А существование этого оружия стало возможным благодаря лавсановым ниткам, которыми обматывали провода управления, тащащиеся за снарядом. Изначально для этого шёл шёлк, но КНР поссорился с СССР. Тогда конструктор Непобедимый добился закупки "по импорту" технологии скоростного шитья лавсаном. Вполне пригодным и для ракет.

Не в импорте дело. И не в исполнении. В правильном применении. Неужели индустриальные микросхемы ставили в уникальный аппарат, не испытав их? На тепло и холод. На вакуум. И – на спецвоздействия. Понятие это не слишком известно, хотя многие десятилетия назад его в нашей стране вдалбливали в голову тысячам и тысячам студентов. Упрощённо говоря, спецвоздействия есть воздействия спецбоеприпаса, то есть ядерной бомбы. Радиация разных сортов и оттенков. Электромагнитный импульс.

Начнём с последнего – ведь версия о нём (смотрите выше о супостатском радаре) прозвучала первой, так что сугубое FIFO. Так вот, мегаваттный импульс для систем оружия - это штука штатная. Можно всегда попасть, скажем, в луч системы РЭБ, многие десятилетия назад имевший такую мощность даже на мобильной платформе. А ЭМИ ядерного взрыва несопоставимо мощнее. И системы оружия проектировали так, чтобы они работали и в этих условиях…

Но дальше – уличный балаган продолжается. Вот официальное Заключение Межведомственной комиссии по анализу причин нештатной ситуации, возникшей в процессе проведения лётных испытаний космического аппарата "Фобос-Грунт", с сайта Федерального космического агентства –

"Сбой ОЗУ мог быть вызван кратковременной неработоспособностью ЭРИ вследствие воздействия ТЗЧ на ячейки вычислительных модулей ЦВМ22, которые содержат две микросхемы одного типа WS512K32V20G24M".

Память! Память подвела!! Прикольщик Мом был же сыночком Памяти-Мнемозины!!! Только вот нет в номенклатуре калифорнийской Microsemi Power and Microelectronics Group, в прошлом White Electronic Design (кто ж такое неполиткорректное имечко потерпит…), такого чипа. Скорее речь идёт о статической памяти WS512K32V-20G2TM на 512К 32-разрядных слов. И исполнение у него – военное, а не промышленное, о чём говорит буковка M в конце… Но вот на стойкость к Тяжёлым Заряженным Частицам (ТЗЧ) её явно не проверили. Ну не знали о существовании космических лучей, что ли… Поразительно!

Органы госбезопасности получаются компетентнее руководителей космонавтики. Среди правозащитников широко известно дело профессора Данилова, осуждённого за поставку Китаю стенда для моделирования воздействий космического пространства на аппаратуру спутников. (Правозащитники, в отличие от чекистов, уверяют, что материалы были рассекречены в надлежащем порядке.)

Но в актуальности таких исследований и в российском приоритете на них не сомневается никто. Хотя складывается субъективно-оценочное и, возможно, неточное впечатление, что именно для руководства космической отрасли эти проблемы оказались в новинку… Как и то, что отечественная микроэлектроника обескровлена двадцатилетним отсутствием заказов.

Так, господа начальники! Хорошие новости для вас. В России всё ещё существует профильное издание – "Специальные вопросы атомной науки и техники. Серия: Воздействие ионизирующих излучений на радиоэлектронную аппаратуру". Издаёт его Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт приборов". Каковое найти несложно: подмосковное Лыткарино, Тураевская промка.

Остатки эпохи, когда довольно бедная страна, создавая ракетную и ядерную отрасли, вкладывала вполне серьёзные средства в стенды и ускорители, в отработку устойчивых к спецвоздействиям схем и технологий… Но, похоже, нынешние менеджеры происходят из гуманитариев, для которых спецвоздействия – это, как для первоклашки Вовочки, то "место, которое есть, а слова нету"… Запасёмся попкорном?

 

Василий Щепетнёв: Клятва вассала

Автор: Василий Щепетнев

Опубликовано 21 февраля 2012 года

Давным-давно из предисловия к фантастическому роману (кажется, то были "Звёздные короли" Гамильтона) я узнал, что книгу эту читать вообще не стоит, разве только человеку разумному и подготовленному. Потому что описанного в ней не может быть в принципе: межзвёздные перелёты возможны только при самом передовом общественном строе, коммунистическом, но никак не при строе феодальном. Поскольку же героями книги являются звёздные бароны, графы, маркизы, даже императоры, то ни о какой научной фантастике речи нет, а есть речь о фантастике завлекающей, если не отвлекающей. Отвлекающей от классовой борьбы. И уводящей в мир грёз.

Но для ознакомления, на какие уловки вынужден пускаться капитализм, чтобы отстрочить свою неизбежную гибель, книгу почитать можно. Проверяя её единственно верной теорией. Судя по тому, что последние двадцать пять лет звёздные и земные феодалы были (есть и будут) представлены в развлекательной литературе изрядно, уловка удалась на славу.

Но по существу ответа нет. Ответа на вопрос: возможно ли возрождение феодальных отношений в современном обществе и в обществе будущего? Или возрождать ничего не нужно, никуда они, феодальные отношения, и не исчезали, а просто надели личины свободы, равенства и братства?

У общественных наук сейчас времена смутные. Совсем недавно социализм, как первая фаза коммунизма, признавался самым прогрессивным общественным строем. Сегодня же социализм представляют то ли болезнью, то ли тупиком, и уж никак не прогрессивным явлением. Причём представляют зачастую те же люди, которые клялись в нерушимой верности идеям коммунизма.

Клятва в нерушимой верности разве не есть примета феодализма? А нарушение клятвы? Из множества параметров экономических формаций стоит выбрать несколько. Даже один, много два. Чтобы не расплыться и не утонуть. Сегодня один параметр рассмотрим, через год ещё один, так и доберёмся до звёздных королей. Или же увидим их воочию и тут же приспособим теорию под действительность.

Февральская революция семнадцатого года породила несколько недель массовой (но всё-таки не всеобщей) эйфории. Свобода, равенство, братство! Великий князь Николай Михайлович ликовал. Но равенство хорошо лишь в малых дозах. Затем оно начинает утомлять. Хочешь карточку хлебную отоварить, а очередь кричит: иди, мол, в хвост, постой на морозе часиков пять-шесть, как мы стоим, - равенство! Или в баню ордер получить. Или отрез на штаны. Посудите сами, может ли красный командир стоять в очереди за хлебом вместе с недорезанными буржуями?

Революция взбаламутила житейское озеро, но она же начала строить новые отношения и новую иерархию. Льготы и послабления для своих, строгость революционной законности чужим. Видного товарища могли за казённый счет послать подлечиться в крымский санаторий, выдающегося отправляли в Швейцарию, классово близкого лечили раствором йодистого калия, "бывший" же заботился о себе сам.

Герои Советского Союза, депутаты Верховного Совета, участники Великой Отечественной войны, узники фашистских концлагерей и лица, приравненные к ним, ветераны труда и многие другие имели какие-то льготы – то бесплатный проезд в общественном транспорте, то возможность купить банку зелёного горошка и фунт гречки к общегосударственным праздникам, то внеочередное прохождение флюорографии…

И сами льготы, и необходимость их отстаивать утомляли многих. Мечталось о мире, где и зелёный горошек мозговых сортов, и томик Агаты Кристи, и путёвку в братскую Болгарию можно будет просто купить. За деньги. Которые являются мерилом качества и количества выполненного общественно-полезного труда.

Сбылось, а счастья нет. В дорожной пробке и древний "Москвич 412", и "Мазерати" обретают невольное равенство. Правда, если пожалован проблесковым маячком, можно выехать на встречную полосу, но если и там полный затор?

Современная жизнь толкает как на законодательное закрепление уже имеющихся социальных градаций, так и на создание градаций новых. Возвращения к сословному обществу не только де-факто, но и де-юре. Закрепить разделение конституционно! Чтобы и вопроса не возникало, имеет ли право царский постельничий давить смерда. Имеет, и точка. Но – цивилизованно. В суверенных рамках.

Царский постельничий может давить не более трёх смердов в неделю, кравчий – пятерых, окольничий – дюжину, боярин – три дюжины. Раздавил больше положенного – плати штраф в казну. Смерды же вовсе не имеют права передвигаться на личном автотранспорте по личным нуждам в пределах города – или хотя бы в пределах, обозначенных градоначальником.

Коррупция – миф! В новом феодальном обществе никакой коррупции не будет в принципе. Дань, оброк, подношение будут, но это исторически сложившиеся традиции отношений сторон в суверенном государстве, потому всякие укоризны неуместны.

Любопытен механизм разделения народа на смердов и людей благородных, право имеющих. Расовый? Религиозный? Интеллектуальный? Финансовый? Силовой? Сочетание всех упомянутых и ещё более не упомянутых критериев?

Думаю, главной особенностью возвращения к феодализму для человека, воспитанного в идеях либерте-эгалите-фратерните, станет то, что оно, возвращение, будет происходить (и уже происходит) путём не революционным, а эволюционным. Мирно и добровольно. Без бурь и потрясений. Отдельные вспышки недовольства возможны, но не они определят ход событий. Как возникнут новые феодалы? Путем добровольной передачи им гражданами тяжких или докучливых прав и обязанностей.

Например, права служить в армии. От этого права значительная часть населения отмахивается, как только может. Пропади оно пропадом, это право. Обойдёмся. Желаем армию контрактную, суть наёмную. То, что из рук гражданина выпускается возможность с оружием в руках отстаивать интересы государства – и, стало быть, свои тоже (пусть возможность в существующих условиях и чисто умозрительная), в расчёт не принимается. Не хотим в армию!

Или избирательное право. Нужно ли оно нам? Не будет ли уместнее при поступлении на работу передать свой голос вместе с трудовой книжкой работодателю, а уж он проголосует за нас так, как того требуют интересы больницы, театра, библиотеки или фабрики, то есть за то, что даёт нам хлеб насущный? Безработных (вернее тех, кто не платит налогов выше определённого порога) голоса лишить совершенно.

Тут и черты феодала начинают вырисовываться. Имеешь в своём распоряжении десять голосов – давить тебя мелкий дворянин уже не имеет права. Пятьдесят голосов – и боярин не должен тебя давить. Сто голосов – сам дворянин. Тысяча – граф. Пять тысяч – князь. Числа, понятно, обсуждаемы.

И вот так, потихоньку, год за годом, десятилетие за десятилетием и доберёмся до рыцарских времён. Бароны, герцоги, принцы крови, замки со рвами, донжонами и прочей атрибутикой. Крестовые походы туда и обратно. Вассальная присяга. Жизнь за царя.

Будут ли у рыцарей космолёты, лазерные мечи, роботы-оруженосцы, Звёзда Смерти и Ликвидатор Пространства?

Почему нет? Вдруг наука и производство не так уж тесно связаны с общественным строем? Свободный вольнонаёмный труд, конечно, себя показал, но и труд подневольный, за миску баланды и краюху хлеба, тоже бывает очень успешным. А если пообещать помилование… волю… дворянство…

Вспомним Петлякова, Поликарпова, Туполева и других конструкторов, создававших в неволе образцы передовой военной техники "Фау-2". Последние собирались заключёнными в условиях много худших, нежели те, в которых трудились рабы Рима. Да и самому фон Брауну пришлось посидеть под арестом гестапо. Немного, но пришлось. Алана Тюринга страна отблагодарила в лучших традициях Средневековья. Примеров много…

Путь развитие общества идёт по спирали, но не вертикальной. Она, спираль, клонится в любую сторону. Штопор – тоже спираль. Республика сменяется деспотией, деспотия – монархией, это показал и античный Рим, и современная Испания.

Потому что они, Средние века, всегда с нами. Рядышком.

Гамильтон со своими "Звёздными королями", Чуковский с "Тараканищем", Джоан Роулинг (продолжите сами) чувствовали и чувствуют это. Феодальные отношения возможны как в стране с сохой, так и в стране с атомной бомбой.

Спать ложимся полуправными гражданами (полноправных граждан в России последнего тысячелетия, пожалуй, не было), а просыпаемся кто кем.

В зависимости от читанных на ночь книг.

 

Дмитрий Шабанов: Когда отбор становится неэффективным?

Автор:

Опубликовано 22 февраля 2012 года

sub { font-size: 8pt; }

Да-а-а, судя по отзывам на , многих читателей она не убедила. Я имею в виду не креационистов и иже с ними, как заклинание повторяющих, что "факты и логика опровергают эволюцию", и демонстрирующих незнакомство с фактами и неумение пользоваться логикой. Надо бы научиться как-то отвечать таким читателям, чтобы они потеряли интерес к повторению своих бесхитростных аргументов, но дело не в них.

Одна из проблем понимания проявилась в том, что часть читателей решили, что если я говорю о том, что слоны должны эволюционировать медленнее фораминифер согласно СТЭ (синтетической теории эволюции), то скоростная эволюция слонов оказывается чем-то необъяснимым или чудесным. Пожалуйста, не отождествляйте СТЭ и эволюционную биологию вообще! СТЭ с её семидесятипятилетней историей – лишь одна из заслуженных теорий, хоть и весьма авторитетная. Поверьте: современная биология – одна из самых динамичных наук.

Более серьёзная проблема связана с очень конкретным мышлением многих читателей. Я привел умозрительный пример с тремя близнецами, которые росли в разных условиях, и подтолкнул комментаторов к обсуждению жизненных перипетий этих виртуальных людей. А как повлияет на эволюцию слонов то, что они могут ходить с места на место? А как эволюция видов может учитывать то, что ждет их впереди?..

Сосредоточенность на тех или иных житейских историях (бывает так, а бывает и этак...) мешает анализировать влияние отдельных факторов на эволюцию. Как сделать эту связь нагляднее? Связь исходных посылок и вытекающих из них выводов в любой теории не случайна. Не все могут умозрительно представить, как связано изменение жизнеспособностей каких-то категорий особей с их эволюцией. Как сделать для таких читателей мои рассуждения более наглядными?

Построить модель! Модели, даже простые, позволяют понять, какие следствия вытекают из начального набора свойств системы, которые были учтены при её моделировании.

Этим я и займусь. Сила СТЭ (одна из причин, благодаря которой эта теория ещё остается на плаву) в том, что она очень формализована и опирается на математический аппарат генетики популяций. Процессы, протекающие в соответствии с её предсказаниями, легко моделировать! Как обосновать, что моя модель отражает предсказания, которые должны делаться в соответствии с логикой СТЭ? Тут не ограничишься коротким определением СТЭ, от одного из её противников, как в прошлой колонке. А что считать каноном СТЭ? Поскольку у этой теории не было единого автора, её создатели как-то не собрали воедино основные положения своего детища. Формальнее всего описал новую теорию Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский (1900-1981), работавший в то время в Германии. В 1939-1940 году он выделил элементарные структуры, материал и факторы эволюции. Первым "скелет" (набор постулатов) СТЭ предложил с полемической целью её яростный противник, Александр Александрович Любищев (1890-1972). Из сторонников СТЭ, кажется, это впервые сделал Николай Николаевич Воронцов (1934-2000), один из учеников Тимофеева-Ресовского.

Воронцов собрал список постулатов СТЭ в 1978-1980 годах. Но и развитие биологии, и собственные исследования (к примеру, роли хромосомных перестроек в видообразовании) со временем убедили Воронцова в ограниченности такого канона (и соответственно ограниченности СТЭ). В конце жизни он описал, в чём его понимание биологии конца прошлого века расходилось со СТЭ. Я имел нескромность таблицу, где сопоставлены постулаты СТЭ по Воронцову и его уточнения к ним, сделанные через 20 лет. Не забывайте, что и правый столбец таблицы по Воронцову – ещё не конец развития эволюционной биологии...

Итак, формализованный характер СТЭ позволяет утверждать, что сделанная мною модель отражает положения этой теории. Модель сделана в Excel, если хотите, можете на моём сайте; впрочем, надеюсь, что всё будет понятно и из самой колонки. Вообще, Excel дает замечательные возможности для моделирования, делая его доступным для людей без математического и программистского образования.

В модели рассматривается популяция, состоящая из свободно скрещивающихся организмов. Как это и принято в СТЭ, фенотипы (и приспособленность организмов) определяются их генами. Рассмотрим два гена, A и B, каждый из который представлен двумя аллелями: A и a для гена A, B и b для гена B. Итак, в популяции могут существовать девять генотипов: AABB, AABb, AAbb, AaBB, AaBb, Aabb, aaBB, aaBb, aabb.

Слишком просто? И этого минимума хватит, чтобы комбинаторика генов оказалась не вполне тривиальной.

Итак, зададим численность популяции (обозначим её K – ёмкость среды – максимальное количество особей, которое может обитать в данных условиях). Зададим начальные доли генотипов (PAAbb; PAaBB и так далее). Что дальше?

По СТЭ, источник новых признаков – новые гены, возникающие в результате мутаций; не будем пока с этим спорить. Зададим в модели частоты, с которыми происходят переходы одних аллелей в другие: Pa→A, PA→a, Pb→B и PB→b.

Осталось предусмотреть ту силу, которая должна менять соотношение аллелей в определённом направлении, – отбор. Для каждого генотипа укажем его приспособленность (fitness): FAAbb; FAaBB и прочие.

Модель работает так. Исходя из распределения генотипов в популяции, вычисляется состав гамет, которые они будут производить. Для упрощения мы рассматриваем гермафродитные организмы, которые производят и яйцеклетки, и сперматозоиды (один раз в своей жизни). Вероятность встречи гамет с любыми генотипами одинакова (например, так может быть, если гаметы выбрасываются на волю случая в воду, как это делают многие морские донные животные).

При вычислении состава гамет учитывается вероятность мутаций. Комбинации гамет определяют генотипы потомства. Шансы на выживание потомков зависят от их приспособленности.

Всё, цикл работы модели окончен. Осталось определить состав следующего поколения. Округление долей генотипов в популяции до единиц особей носит вероятностный характер. К примеру, величина 1,4 округлится до 2 с вероятностью 0,4, и до 1 - с вероятностью 0,6.

Осталось повторить описанный цикл много раз (модель построена для 500 поколений). Выведем на график самый интересный, с точки зрения СТЭ, показатель – динамику соотношения альтернативных аллелей. Компоненты модели я расположил на листе Excel так, чтобы в один экран попадали и график, и окошки для ввода входных значений (обозначения перечислены выше). Скрины этого экрана и иллюстрируют дальнейшее изложение.

Ну что, начнём.

Начальный состав популяции полностью состоит из особей aabb. Приспособленность всех генотипов одинакова, состав популяции постепенно меняется вследствие мутаций (по гену A чуть быстрее, чем по гену B, из-за разной частоты мутирования).

Если в начальном состоянии популяции по каждому гену представлен лишь один аллель, мутации постепенно повышают долю альтернативных аллеей. А что будет, если соотношение аллелей окажется равновесным?

Начальное соотношение аллелей равное и колеблется под влиянием случайностей (мутаций и смещения при дискретизации). Обратите внимание на изменение масштаба по оси ординат.

В отсутствие отбора частоты аллелей начнут "гулять" вокруг среднего значения. Кстати, иногда такие случайные смещения могут привести к потере одного из аллелей.

Пора "включать" отбор. Пусть особи, которые обладают "удачным" генотипом, имеют на 1 процент большие шансов на выживание, чем все прочие. Вам кажется, что такое малое преимущество не может сыграть свою роль в эволюции?

Те же условия, что и в прошлом случае, только включился отбор. Однопроцентного преимущества носителей доминантного аллеля A достаточно, чтобы соотношение аллелей по первому гену быстро менялось (второй пока "выключен" из игры).

Если приспособленность особи определяется единственным геном, преимущества в 1% для носителей доминантного гена достаточно для довольно быстрого изменения соотношения аллелей. А как отразится на скорости эволюции рецессивность аллеля, которому способствует отбор?

Отбор в пользу рецессивного аллеля (из состояния равенства частот двух альтернатив) идёт ещё эффективнее!

Ускорит (при условии начального равенства частот аллелей). Смотрите: за время, рассмотренное в модели, аллель, которому благоприятствует отбор, почти вытеснил свою альтернативу!

В действительности и популяции, и виды отличаются не по одному, а по множеству генов. В нашей модели мы можем рассмотреть только одновременный отбор по двум из них. Как скажется на скорости эволюции вовлечение второго гена с ещё одной парой аллелей? По гену B тоже поддержим отбором рецессивный аллель (b).

Включаем в "игру" второй ген... и эффективность отбора существенно снижается.

Смотрите, как затормозился отбор! Приспособленность фенотипа особи зависит одновременно от аллелей двух независимых генов; комбинаторика каждого из них мешает отбору по другому гену.

На нашей, достаточно простой модели это не показать, но если на приспособленность особи влияет одновременно 12 генов (по каждому из которых происходит выбор между двумя аллелями), отбор становится совершенно неэффективным! Этот феномен называется дилеммой Холдейна, и обнаружен не кем-нибудь, а Дж.Б.С. Холдейном (1892-1964).

Кстати, русская Википедия пишет, что дилемму Холдейна любят креационисты. Напоминаю: это аргумент против СТЭ, а не против эволюции как таковой!

Как мы убедились, при равенстве частот аллелей эффективнее идёт отбор в пользу рецессивного аллеля. Отбор в пользу редкого аллеля эффективнее, если тот доминантен.

Осталось проиллюстрировать одно обстоятельство, затронутое в прошлой колонке. Выставляем в модели высокую поддержку отбором исходно редкого доминантного аллеля – 10%. За 500 поколений отбора такой силы хватает, чтобы редкий аллель стал преобладающим.

Увеличение доли редкого аллеля идет эффективнее в случае его доминантности.

Но, как мы говорили в прошлый раз, у сложных организмов гены взаимодействуют. Рассмотрим два доминантных аллеля разных генов. Когда они встречаются вместе, они дают значительный выигрыш – в целых 20%. Порознь они дают 1% проигрыша. Предположим, в популяции таких генов очень мало. Сможет ли отбор так же эффективно поднять их долю, как в прошлом примере?

Пример взаимодействия генов. Порознь редкие доминантные аллели двух разных генов дают снижение приспособленности в 1 процент. Зато особи, в которых эти два аллеля встретятся, получат преимущество в 20 процентов. При этих условиях отбор повышает долю таких аллелей крайне медленно.

Увы. Небольшого проигрыша особей, имеющих лишь один из взаимодополняющих генов, достаточно, чтобы этих генов в популяции оставалось немного. Отбор поддержит счастливчиков с удачным сочетанием генов, но большинство их потомков опять получит эти гены порознь. Популяционная эволюция идёт при таких условиях крайне медленно.

Почему? Когда фенотип однозначно отражает генотип, выживание более приспособленных особей эффективно сортирует гены. Если зависимость приспособленности особи от её генотипа усложняется, механизм эволюции по СТЭ начинает работать неэффективно.

На сегодня хватит. Надеюсь, вы убедились: в случаях, когда на приспособленность особи влияет изменчивость многих генов, а тем более если эти гены демонстрируют сложное взаимодействие (а не простое суммирование своих эффектов), скорость изменения частот аллелей серьёзно замедляется.

Как согласовать с этим то, что сложные организмы, демонстрирующие разнообразные взаимодействия их генов, эволюционируют быстрее своих более простых отдалённых родственников? С точки зрения СТЭ это необъяснимо.

Впрочем, на СТЭ развитие науки не остановилось...

 

Василий Щепетнёв: Десять разных итогов

Автор: Василий Щепетнев

Опубликовано 23 февраля 2012 года

С некоторым умилением вспоминаются юбилейные доклады на тему "Историческое значение победы Октября". Всё чинно, благородно, по раз и навсегда установленному сценарию. Телевизионная трансляция из зала Большого кремлёвского дворца, на заднике огромная голова Ильича, на переднем плане трибуна с гербом Союза Советских Социалистических Республик, ряды слушателей, жадно внимающих каждому слову выступающего… Казалось, навеки - под этот доклад родился, под этот доклад и умру.

Атмосфера окаменевшей торжественности подчёркивалась сутью доклада: Октябрьская революция была исторически неизбежна, как неизбежны солнечные и лунные затмения, дни равноденствия и прочие исчисленные наукой события. И столь же неизбежна победа коммунизма во всём мире, хотя точной даты не называл ни Никита Сергеевич, ни Дорогой Леонид Ильич, о последующих вождях и не говорю.

Классическая фраза "Прошлое не знает сослагательного наклонения" трактовалась куда шире, чем предполагал Карл Хампе (Karl Hampe): теперь и будущее не должно его знать! Всё свершится так, как решат Партия и Правительство. А кто думает иначе, тот либо глупец, либо подручный мирового империализма! Сколько тебе заплатили, Иуда? (Замечу в скобках, что вопрос "сколько тебе заплатили?" выдает вопрошающего с головой: кто о чём, а вшивый о бане.)

Даже внешне безобидная альтернативная история в фантастике, весёлые и не очень рассказы о параллельных мирах, встречались в штыки: что за параллельные миры? Никаких параллельных миров без Леонида Ильича не существует, это провокация! Дошло до того, что и на фантастику традиционную стали смотреть косо.

Но будущее оказалось непослушным. Хуже того, и настоящее не желало покорно идти туда, куда велят. Наука ли не всё учла, или глупцы с подручными мирового империализма расстарались, но буквально каждый день приносит сюрпризы.

На днях я решил моделировать Самые Честные Выборы В Мире. Взял две шахматные программы, в терминах знатоков "движки", близкие по силе. И стал проводить между ними матч из семидесяти партий. Дебютные книги отключил, рэндом, то есть возможность выбора не самого лучшего хода, отключил, функции обучения (если были) тоже отключил.

Начальными служили позиции, отобранные гроссмейстером Джоном Нанном, они прилагаются к каждой программе, продаваемой известной компанией ChessBase: база nunn из десяти позиций и база nunn2 из двадцати пяти. Всего, стало быть, тридцать пять. Одна партия белыми, другая чёрными - вот и семьдесят партий. Каждому движку выделил одно ядро, 256 мегабайт памяти и минуту времени на партию. Играйте! Соревнуйтесь! Кто сколько процентов очков наберёт, тот столько процентов голосов на выборах и получит.

Помнится старая история о том, как старательный кассир в первый день работы в магазине десять раз пересчитал выручку - и получил десять разных итогов. То ж и с матчами. В первом матче победил движок А с результатом 36,5:33,5 - то есть набрал 52,14 процента голосов. Во втором победа была убедительнее - 55 процентов, зато в третьем он проиграл, набрав лишь 49,28 процента очков, то есть голосов.

Те же самые движки, те же самые позиции, тот же процессор. А результаты разнятся. В одном случае побеждает А, в другом Б. В одном случае к власти приходит ястреб, в другом голубь (в случае шахматных программ это "ChessTiger 2007" и "Ktulu 9" - удачная аналогия, не правда ли? Кtulu - тот самый Ктулху, не сомневайтесь). И это практически в идеальных условиях соперничества. При соблюдении полного равенства конкурирующих сторон.

Почему всё-таки результаты разнятся от теста к тесту? Возможно, в какой-то момент система решает, что следует отнять ресурсы у программы для собственных нужд, хотя в её распоряжении оставались два ядра и гигабайты ОЗУ. Возможно, внутри программы есть рэндом-оценка, не настраиваемая внешне. Возможно, виной всему расположение небесных светил.

В игре нешахматной и фигур намного больше, и правил игры, и правила эти постоянно меняются, и ресурсы у сторон никогда не бывают равными, и ещё множество факторов, о которых я даже не подозреваю. Есть даже факторы, о которых никто не подозревает.

Можно ли в таких условиях серьёзно утверждать, что завтрашний день предопределён? Что торжество идей того или иного учения-изма неизбежно? Что победа того или иного претендента закономерна? Что нам остаётся только есть груши и смотреть в окно?

Вопросы риторические.

Романы в жанре "альтернативная история" пишутся не для того только, чтобы рассмотреть варианты прошлого. Интересуют варианты настоящего, а прошлое берётся преимущественно для наглядности. Ну, и конспирация не помешает, как знать, что день грядущий нам готовит. Если мы читаем роман, когда покушение на заводе Михельсона оказывается успешным и к власти приходит Яков Свердлов, то в уме держим совсем другие личности.

Или оставляем Ленина с товарищами в Швейцарии, октябрь проходит без переворота, война продолжается до победного конца. Конечно, армия уже не та, в наступление не идёт, но фронт всё-таки держит, германец ведь тоже не тот. Германия не получает репараций по Брестскому договору, и Первая мировая заканчивается намного раньше и с другими итогами. Например, Польша остается в составе Российской империи. Наступит ли тогда Вторая мировая война? Опять же не Вторая мировая волнует, а войны завтрашнего дня.

Февраль семнадцатого случился и потому, что в Петрограде возникли перебои с хлебом. А если перебои с хлебом произойдут в Москве зимой этого года? Не голод, подобный ленинградскому времён блокады, голод обессиливающий, лишающий способности к активным действиям, а именно перебои?

Причины? Их есть у меня. Неурожай на Западе - событие вполне возможное. Зерно вывозится за границу, вот и нехватки. Или неурожай и на Западе и в России - зерно ещё быстрее вывозится за границу. Тоже вполне возможно. Или урожай, напротив, рекордный, закупочные цены уронили, а розничные подняли, сговор крупных игроков. Возможно?

Элементарно! Или три-четыре диверсии на железной дороге окрест Москвы: недовоз хлеба в столицу, опять сговор, исчезновение хлеба из булочных. Или страшный вирус поражает компьютеры хлеботорговцев, путает базы данных и обрушивает логистику (выражение небезупречное, но для массового читателя понятное).

Или на крупном мукомольном предприятии террорист подсыплет к муке радиоактивные нуклиды, хоть тот же полоний: паника, опять перебои с хлебом. Учтите, я бросил в топку фантазии лишь пару лопат угля. А если кочегарить по полной программе…

Да, через четыре-пять дней правительство примет меры и Москву хлебом обеспечит, да хоть за счёт того же Воронежа. Но будут ли у правительства эти пять дней? Митинг сытых и митинг полуголодных, причём полуголодных со вчерашнего дня, когда и гликоген в печени не исчерпан, и мышцы на месте, - события различные. Боязнь голода настоящего, большого, боязнь генетическая, умноженная в условиях толпы многократно, способна вызвать не пожар даже, а взрыв. И пошло, поехало, полетело.

Летать, естественно, дано не всем. Главные министры и миллиардеры летят спецрейсами, чиновники менее значительные и миллионеры штурмуют аэропорты. Всё не так и страшно, главное, всё поправимо, но – паника. Хватай мешки, вокзал отходит. Улетают одни, за ними другие, власть на мостовой, и кто её поднимет?

Если мрачные сценарии надоели, давайте запустим сценарии сладкие и светлые. На острове Врангеля обнаружено месторождение шиншиллия, экспорт которого, по самым сдержанным подсчётам, будет приносить не менее четырёхсот миллиардов долларов ежегодно на протяжении сорока лет (в ценах две тысячи двенадцатого года).

Шиншиллий - это вам не нефть и не газ. Не требует трубопроводов через чужую территорию, затраты на добычу и транспортировку мизерны, альтернативы в виде солнечной энергии или ветряков не существует. А четыреста миллиардов в год - сумма!

Ветераны войны получают, наконец, и квартиры, и автомобили "Ока", выпуск которых возобновляют в Серпухове (вот и рабочие места). Поток мигрантов из Средней Азии утраивается, все скудно оплачиваемые вакансии, как-то: дворники, учителя средних школ, врачи муниципальных учреждений здравоохранения – наконец-то заполняются на девяносто пять процентов.

Народ благоденствует и благодарит власть, которая крепчает день ото дня.

Ура, салют и фейерверк по воскресеньям.

Загружаю оба сценария и запускаю программу…

 

Дмитрий Вибе: Двойное назначение

Автор: Дмитрий Вибе

Опубликовано 24 февраля 2012 года

Баллистическую ракету, которая летит в твою сторону, хочется увидеть как можно раньше. Благодаря этому простому и понятному желанию уже многие десятилетия уверенно держатся на плаву различные реинкарнации противоракетной обороны. В восьмидесятые годы прошлого века такой реинкарнацией стала Стратегическая оборонная инициатива (СОИ), в задачу которой, среди прочего, входило обнаружение баллистических ракет на всех этапах полёта, в том числе на большом удалении от поверхности Земли.

В рамках СОИ в конце 1980-х годов исследовалась возможность наблюдения баллистической ракеты при помощи космического телескопа на той части траектории, когда двигатели уже выключены и увидеть можно лишь собственное тепловое излучение ракеты, приходящееся на ближний инфракрасный (ИК) диапазон. Исследование показало, что для решения этой задачи в космос достаточно вывести небольшой ИК-телескоп, с диаметром зеркала порядка 30 см. Если учесть, что ранее в подобных проектах рассматривались главным образом метровые зеркала, а стоимость запуска растёт с увеличением телескопа чуть не как диаметр зеркала в кубе (точнее, в степени 2,6), вывод оказался весьма привлекательным. Благодаря ему на свет появился проект обсерватории MSX (Midcourse Space eXperiment).

Создание обсерватории преследовало несколько целей, среди которых собственно обнаружение ракет оказалось, как ни странно, на втором месте. В большей степени её создателей интересовал вообще весь комплекс проблем, которые могут возникнуть при таких наблюдениях. В частности, важно было научиться не путать ракеты с естественными ИК-источниками. Поэтому значительное время было отдано наблюдениям инфракрасного излучения "посторонних" близких и далёких объектов, на фоне которых предстояло отлавливать ракеты. На обсерватории было установлено несколько приёмников излучения, в том числе видимого и ультрафиолетового диапазонов, но основным её инструментом стал инфракрасный телескоп SPIRIT-III с тридцатипятисантиметровым зеркалом, предназначенный для наблюдений в интервале длин волн от 6 до 26 микрон.

Инфракрасное небо к тому времени уже перестало быть абсолютной тайной: его первое картирование было проведено ещё в 1983 году при помощи гражданского телескопа IRAS, созданного совместными усилиями США, Великобритании и Нидерландов. Одним из итогов работы IRAS стал каталог точечных источников ИК-излучения, включающий в себя несколько сотен тысяч объектов. Однако военным целям этот каталог не соответствовал. Низкое угловое разрешение IRAS привело к тому, что многие источники (протозвёзды, далёкие галактики), с которыми можно было бы спутать баллистическую ракету, он просто не увидел.

Телескоп SPIRIT-III, в силу своего специфического предназначения, обладал более высокой чувствительностью, поскольку тело ракеты в ИК-диапазоне светит неярко, и более высоким угловым разрешением, позволявшим разделить собственно боеголовку и сбрасываемые с неё ложные цели. Эти характеристики, несмотря на военную мотивацию, делали MSX весьма привлекательным астрономическим инструментом. К чести военных будет сказано, что они с самого начала осознавали это и согласились передать результаты работы MSX в общее пользование. Так военный телескоп стал поставщиком астрофизических данных для всего мирового научного сообщества.

Обсерватория была запущена в космос 24 апреля 1996 года. Поскольку время работы SPIRIT-III было ограничено запасами охладителя, он пронаблюдал всего около 10 процентов неба, но это тоже был очень важный вклад, поскольку картировались в первую очередь либо участки, совсем не наблюдавшиеся на IRAS, либо наблюдавшиеся с недостаточным разрешением. В их число вошла зона в несколько градусов от плоскости Млечного Пути, а также избранные площадки вокруг внутригалактических областей звёздообразования и нескольких близких галактик (например, Туманности Андромеды). Помимо этого наблюдались (главным образом, в качестве побочного продукта) астероиды и кометы, в том числе удачно попавшие на время работы аппарата известные кометы конца XX века — Хиакутаке и Хейла-Боппа.

Как и IRAS, телескоп MSX оставил после себя обширный каталог около полумиллиона точечных объектов (для военных наблюдений интересны именно они). Но с астрофизической точки зрения одним из основных результатов работы обсерватории стало открытие нового вида галактических объектов — инфракрасных тёмных облаков. Точнее, открыты они были почти одновременно на MSX и на гражданской инфракрасной космической обсерватории ISO, но статистика MSX оказалась богаче, поскольку его наблюдениями была покрыта большая площадь неба.

Обычные тёмные облака, заполняющие галактический диск, видны на фоне Млечного Пути даже невооружённым взглядом. Они непрозрачны в видимом диапазоне, потому что входящая в их состав пыль блокирует излучение фоновых звёзд, создавая впечатление "дырок" на небе. Однако в инфракрасном диапазоне космические пылинки поглощают звёздный свет гораздо хуже, и потому при переходе к ИК-наблюдениям тёмные облака становятся прозрачными, то есть светлыми. Вот можно сравнить два снимка одной и той же тёмной глобулы в видимом диапазоне (фоновые звёзды не видны) и на длине волны около 2 микрон (фоновые звёзды прекрасно просвечивают сквозь глобулу).

На длинах волн порядка 10-20 микрон звёзды уже практически не светятся, однако на смену им приходит излучение межзвёздного вещества — макромолекул полициклических ароматических углеводородов и мелких пылинок. Благодаря им галактический диск заполнен размытым инфракрасным излучением. На картах, построенных при помощи MSX, хорошо видно не только само это излучение, но и чёрные кляксы на нём — те самые инфракрасные тёмные облака. Чтобы быть непрозрачными не только в видимом, но и в ИК-диапазоне, они должны быть очень плотными и соответственно массивными. Сейчас считается, что в этих облаках рождаются звёзды, массы которых превышают солнечную в десятки раз, подобно тому, как в обычных тёмных облаках рождаются звёзды, подобные Солнцу.

Поскольку загадка рождения массивных звёзд до сих пор не разгадана, инфракрасные тёмные облака стали теперь весьма популярным объектом для наблюдения, однако наиболее богатым источником информации о них по-прежнему остаются карты MSX.

Обсерватория завершила астрономический этап работы ровно 15 лет назад, 25 февраля 1997 года, когда на ней иссяк запас охладителя — твёрдого водорода. После этого она использовалась в качестве компонента американской системы контроля космического пространства и привлекалась для поиска фрагментов космического мусора. В 2007 году на аппарате начались частые сбои, и в 2008 году он был выключен. По современным оценкам, MSX проведёт в космосе ещё пару столетий, после чего сгорит в атмосфере.

Обсерватория MSX — прекрасный пример того, как военный по сути агрегат оказался более результативным в мирной области. Я описал только астрономические аспекты его работы. А ведь помимо астрономических наблюдений на нём проводились ещё и длительные исследования земной атмосферы, её химического состава, климата...

Вы, возможно, спросите: что это я, едва отпраздновав День защитников Отечества, прославляю американскую военщину? Уж не влился ли я в стройные ряды грамотеев, украшающих открытки к 23 февраля и 9 мая изображениями боевой техники наиболее вероятного противника? Нет, конечно! Просто подумайте, чьи именно ракеты они учились отлавливать при помощи MSX? Если бы не мы, у них бы ничего этого не было!