Кібернетика в лісі

Якось, перебуваючи в США, близько Сан-Франциско, я сидів під покровом мамонтових дерев. Їм було близько двох тисяч років. Я питав американців: чи є які-небудь теорії про причини такого дивного довголіття Мамонтового дерева! Мені відповідали, що цим питанням мало хто цікавиться, оскільки за його вирішення ніхто не пропонував великої кількості доларів. Жарти жартами, але я задумався: чому мамонтове дерево живе так довго! Може бути, справа в умовах життя! Коли я зайнявся цим докладніше, то з’ясував, що в січні в Каліфорнії середня температура повітря плюс 10 градусів, майже як і в липні. Так я отримав наочний доказ значення рівномірності умов існування для продовження життя рослин.

Найцікавіше, що рослини самі намагаються підтримати рівномірність деяких своїх внутрішніх показників. Протягом ряду років щодня я вимірював вологість рослин на полях і в лісах, а одночасно стежив за станом атмосфери. Виявилося, що, як би не змінювалася погода, під час проливних дощів і в періоди посух деякі рослини вперто зберігали постійну вологість, необхідну для їхнього існування. Брусниця, наприклад, при будь-якій погоді підтримувала вологість на рівні 100 відсотків, а пшениця – приблизно 130.

Коли спостерігаєш дивовижні факти сталості життєвих показників живих організмів – температури, вологості, хімічного складу і т. д., то мимоволі дивуєшся, як же це досягається! Виявляється, в організмах існує зворотний зв’язок між органами виконання і органами управління. Завдяки цьому останні «знають», чи потрібно посилювати або, навпаки, зменшувати дію перших, щоб регульована величина в даних умовах підтримувалася на належному рівні.

Коли погода суха і рослини посилено випаровують воду, то опір клітинних оболонок внутрішньому тиску падає. Внаслідок наступаючої млявості клітин, що утворюють отвори в шкірці листя, ці отвори, як їх називають, закриваються і випаровування води зменшується. В той же час підвищується концентрація розчинених речовин у вмісті клітин, і в зв’язку з цим посилено починає нагнітатися вода з ґрунту. В результаті підтримується необхідний рівень вологості рослин.

Коли сиро, продихи широко розкриваються, хоча погода не сприяє випаровуванню води. А одночасне зниження концентрації розчину всередині рослин уповільнює поглинання води з ґрунту.

Зворотні зв’язки в даному прикладі менш виражені і не так надійні, як в організмах тварин. У природі зустрічаються і такі рослинні організми, які взагалі не здатні підтримувати свої життєві показники на необхідному рівні. Це пов’язано з дуже поганим зворотним зв’язком всередині них. Наприклад, мохи та лишайники під час дощів настільки просочуються водою, що вона становить 500-1000 відсотків від сухої ваги. А мох сфагнум намокає настільки, що води в ньому стає 3000-5000 відсотків. При настанні засухи лишайники втрачають цю воду майже цілком, і в них залишається лише 5-10 відсотків вологи.

Картопля і льон теж сильно набухають під час дощів і підсихають в жаркий час. Листя і стебла картоплі після дощу містять близько 450-500 відсотків води, а через кілька днів – до 350 відсотків. Аналогічні коливання вологості льону укладаються відповідно в межі 300- 140 відсотків.

Як бачимо, різні організми далеко не однакові за своєю здатністю підтримувати свою внутрішню сталість. Як же визначати ступінь досконалості організмів! Адже це дуже важливо для відбору кращих рослин на насіння, а тварин на племінні цілі, для того щоб з’ясувати стійкість організмів до несприятливих впливів, загодя визначати їх захворювання.

Для цього треба порівняти два ряди цифр: температуру, вологість і т. д. в навколишньому середовищі і всередині рослин. На основі ж порівняння можна обчислити коефіцієнт пристосованості рослини до тих чи інших умов. Такий метод я застосував для того, щоб встановити зв’язок вологості рослин і погоди. Що ж вийшло!

Якщо коефіцієнт пристосованості близький до нуля, значить організм вкрай слабо самоврядний. Коли цей показник наближається до одиниці, ми маємо вельми досконалий організм, здатний підтримувати потрібний рівень вологості незалежно від коливань вологості середовища. Так ступінь досконалості брусниці, чорниці, пшениці і вівса (йдеться про управління вологістю залежно від погоди) виражається цифрою 0,8, тоді як мохи, лишайники, картопля, льон мають коефіцієнт приблизно 0,2-0,4.

Дуже цікаво встановити зв’язок між коефіцієнтами пристосованості та змінами середовища проживання рослин. Вона буде виражатися різними математичними формулами. Наприклад, вологість рослин і посушливість погоди пов’язані за рівнянням гіперболи, згідно з яким при збільшенні одного параметра, другий зменшується. Подібні закономірності розповсюджуються в живій природі досить далеко. Скажімо, розмноження білок і мишей в лісі слідує за врожаями деревного насіння, а врожаї насіння стрибкоподібно слідують за засухами.

Знаючи математичну форму зв’язку фізіологічних величин і зовнішніх умов, можна за допомогою рівняння погоди досить точно визначити в процентах вологість рослин, не вимірюючи її безпосередньо. По урожаю насіння таким же способом вдається обчислити кількість птахів в лісовому масиві, не підраховуючи їх, тощо. Я думаю, цей прийом схожий на визначення складу сонця з аналізу спектра його світла. (До речі схожим чином математичний апарат можна використати і щодо обирання правильної стратегії торгівлі на валютному ринку Форекс, більше про це ви можете дізнатись на сайті спільноти Trade12 – http://coachingfxtraders.com/ru/).

Можна зробити і зворотне обчислення: за прогнозом погоди дати прогноз стану рослинності в тій чи іншій області на кілька днів і навіть на місяць вперед. Це дозволить регулювати польоти патрульної авіації і раціональніше використовувати наземну службу охорони лісу і степу від пожеж.

Важко перелічити всі ті можливості, які відкриває кібернетика перед сільським господарством, лісовим, мисливським. Хотілося б, отримувати, наприклад, огірки не за 50 днів, а за 10, ліс же вирощувати не за 100 років, а за 15-25. Що ж, можна спробувати. Керуючи інтенсивністю життєвих процесів, можна значно підняти продуктивність організмів.

А чи не можна спробувати створити зовсім нові комплекси організмів і середовища, з тим щоб домогтися в продуктивності рослинництва і тваринництва величезного стрибка! Мені здається, можна. Цілком імовірно, що для такої корінної переробки особливо підходящими можуть виявитися спільноти одноклітинних організмів. Для них легше штучно створити нові умови. Деякі відомі одноклітинні водорості, начебто хлорели, при рясному постачанні водою і теплом досягають гігантського зростання: маса їх збільшується за добу раз на 6-7.

Дещо змінюючи умови, напевно, можна отримати у них хороший смаковий ефект з ухилом в огірки, помідори, капусту, картоплю… білий хліб і т. д. А потім на базі цих рослин, можливо, вдасться вирощувати найпростіших одноклітинних тварин зі смаком кращої баранини, телятини, курятини або осетрини.

Словом, посилюючи саморегулювання в організмах і забезпечуючи додатково управління життєвими процесами в рослинах з боку людини, можна досягти гігантського успіху.

Автор: В. Нестеров.