Устойчивость на грифельной доске и в природе

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Устойчивость, вообще, термин, сильно перегруженный в смысловом отношении. И действительно. Если несколько дней стоит солнечная безветренная погода, говорят — устойчива. Но многодневное чередование клочков ясного неба с дождем и ветром, вызванное серией циклонов, для метеоролога — тоже устойчивое состояние атмосферы. В некотором смысле черепаха устойчивее к механическим воздействиям, чем ящерица, но соседство с человеком черепаха переносит хуже. Устойчивость в смысле гибкости, приспособляемости у черепах меньше.

Солнечный луг, играющий под ветерком бесконечным разнообразием красок, в сухой год выглядит тусклым, матовым. Разнотравье сменяется набором сухоустойчивых трав, полыней, тысячелистника. Но если взвесить количество живого вещества, которое вырастает на гектаре такого луга-хамелеона, то окажется, что оно мало зависит от количества летних дождей. Убыль массы по одной группе видов компенсируется добавкой по другим.

Английский биолог Холлинг назвал этот вид устойчивости биологических сообществ эластичностью. Любопытно, что структура биологической системы (набор видов), которую философ Н. Ф. Овчинников называл устойчивой частью системы, для эластичных сообществ — вовсе не признак устойчивости. Структура — одна из меняющихся величин. Что же, в таком случае, сохраняется неизменным, что позволяет, несмотря ни на что, считать эту систему той же, что была и в прошлом году? Неужели только место на поверхности земли? Едва ли.

Каким кодом записана «пленка»

Еще один пример устойчивости, усвоенный нами давно, за школьной партой. Вырубка на месте елового леса зарастает травами и кустарниками, сквозь их поля пробивается упрямый березняк, а уж в его тени подрастают молодые елочки, которые со временем вновь вернут себе господство. Лес устойчив к вырубанию, но не в равной степени. Тополевая роща через пятьдесят лет вновь будет шелестеть серебристыми кронами на месте вырубки, а кедровнику двух-трех сотен лет может не хватить для восстановления. Можно ли сказать, что тополевый лес устойчивее к вырубанию, чем кедровый? По крайней мере, математики время релаксации, то есть восстановления нарушенного равновесия, взяли на вооружение как меру устойчивости.

В нашем школьном примере замечательно еще то, что сколько бы ни повторялся опыт с вырубкой, процесс превращения ее в первоначальный лес, хотя и кажется стихийным, но проходит всегда одни и те же этапы. Как будто существует заранее написанная программа, в соответствии с которой невидимый контролер ведет демутацию (восстановление) от начала до конца. Особенно поразила биологов эта устойчивость развития, когда им удалось пронаблюдать этапы превращения оплодотворенного яйца во взрослое животное. Где, каким кодом записана «пленка», с которой сверяется ежеминутно эмбрион: как расти дальше? А может, и не нужно этой детальной записи каждого шага? Может, процесс развивается как в шеренге оловянных солдатиков: первый толкнул падая второго, второй — третьего и так до конца? Гомеорез — устойчивость развития, как назвал его биолог Уоддингтон. Но в реальности определить, что здесь устойчиво гораздо сложнее, чем в теоретических расчетах, все-таки устойчивость на грифельной доске и в реальной природе не всегда согласуются друг с другом.

Автор: А. Арманд, кандидат географических наук.