Рис. 2.9. Паук-арканщик (боладор).

Мы рассмотрели различные варианты полных и усеченных круговых паутин. Пора вернуться к собственно круговой паутине. В конце предыдущей главы мы задались вопросом о том, как с помощью программы биоморфов – компьютерной модели искусственного отбора – создать модель естественного отбора, где в роли селекционера выступал бы не человек, а равнодушная природа. Выяснилось, что биоморфы имеют существенный недостаток – у них нет ничего общего с реальным физическим миром, в котором надо выжить и либо победить, либо проиграть. Мы можем условиться, что какие‐то биоморфы будут хищниками, охотящимися на другие биоморфы – жертвы. Но непонятно, как естественным путем, без дополнительных условий догадаться, какие свойства биоморфов помогают или мешают им охотиться и уходить от преследования. У одного из биоморфов с рис. 1.16 (стр. 48) можно при желании различить страшные клыки, с которых капает хищническая слюна. Но его разверстая пасть неподвижна и не функционирует в живой природе, где клыки могли бы прокусить панцирь или шкуру, поэтому, как ни фантазируй, наяву этот кошмар не увидишь. Клыки и шкура – всего лишь комбинация пикселей на плоском светящемся экране. Острота зубов, сила, хрупкость и ядовитость – на экране монитора все эти параметры без придуманных описаний, которые программист произвольно облек бы в цифры, не имеют смысла. Можно протестировать ходилку-стрелялку типа “цифры против цифр”, но рисованное воплощение цифровых значений будет носить чисто косметический, не нужный для действия характер. Понятно, что придуманные описания и произвольные цифры в реальности ничего не означают. Вот на этом самом месте в конце предыдущей главы мы, вздохнув с облегчением, вернулись к теме паутины. Паутина – это природный объект, который можно воспроизвести без произвольных допущений.

В живой природе работающая круговая паутина плоская. Сквозь крупноячеистую сеть муха пролетит беспрепятственно. Если ячейки слишком мелкие, пауки-конкуренты добьются примерно тех же результатов при меньших затратах на шелк, а следовательно, оставят после себя больше потомства и передадут ему свои рационализаторские варианты генов. Естественный отбор приводит к разумному компромиссу. Нарисованная в компьютере паутина взаимодействует с такими же нарисованными мухами, причем ее свойства таковы, что взаимодействия отнюдь не произвольны. Размер ячеек – величина, вовсе не бессмысленная по сравнению с размерами компьютерной “мухи”. Столь же значимый параметр – суммарная длина линий (“затраты на шелк”). Сделав небольшую скидку на искусственность модели, можно рассчитать эффективность ловчей сети как соотношение этих величин. Можно даже учесть в компьютерной модели чуть более сложную физику – впервые это сделали Фриц Фольрат, у которого я и почерпнул многое из того, что здесь написал, и его коллеги, физики Лоррен Лин и Дональд Эдмондс. Гораздо проще описать “упругость” и “остаточную деформацию” компьютерной “паутины”, чем, скажем, “проворство” “убегающей” от цифрового “хищника” “жертвы” или ее “бдительность” при “определении его местонахождения”. Однако в этой главе нас больше интересует имитация процесса создания паутины.

Программист может записать правила для компьютерной модели паука, используя результаты полевых наблюдений – знания о повадках живых пауков и о критических моментах, которые определяют их линию поведения. Профессор Фольрат и его интернациональная исследовательская группа – бесспорные лидеры в этой области, и у них была прекрасная возможность подытожить свой опыт в компьютерной программе. Компьютерная программа действительно дает шанс систематизировать накопленные сведения о любом наборе правил. Собрать в компьютере имеющийся пул информации о зафиксированных наблюдателями движениях паука, который плетет паутину, вызывался Сэм Чокке, один из членов команды. Он назвал свою программу MoveWatch. Питер Фукс и Тимо Кринк, опираясь на работы Ника Готта и Алуна ап Ришарта, сосредоточились на обратной задаче – создании виртуальных “пауков”, которые ловят виртуальных “мух”. Эта программа получила название NetSpinner.

На рис. 2.10 показано, как в программе MoveWatch выглядят передвижения самки Araneus diadematus в процессе плетения паутины. Заметьте, что, несмотря на бросающееся в глаза сходство с сетью, это не изображение паутины. Мы видим хронологическую картину передвижений самки паука. Паучиху, занятую строительством ловчей сети, снимали на видеокамеру. Информацию о ее положении в различные последовательные моменты времени вводили в компьютер как пару прямоугольных координат. Затем компьютер последовательно соединил точки линиями. Так, линии “липких спиралей” (рис. 2.10е) отражают траекторию самки на этапе создания липких спиралей. Положение самих липких спиралей эти линии не отражают. В противном случае они выглядели бы ровнее. Те волнистые сгущения, которые мы видим, говорят о том, что паучиха в процессе укладывания липких витков опиралась на временные вспомогательные спиральные нити (рис. 2.10d).

Рис. 2.10. Хроника перемещения паука Araneus diadematus в процессе плетения паутины, отраженная на компьютере в программе Сэма Чокке MoveWatch: (a) и (b) подготовка; (с) радиальные линии; (d) вспомогательные нити; (е) липкие нити; (f) наложение всех стадий.

Эти картинки – не модели поведения компьютерных пауков. Наоборот – это компьютерное описание поведения живого паука. Теперь обратимся к дополняющей программе NetSpinner – к поведению некоей идеальной вымышленной особи. Можно было создать модель поведения любого гипотетического паука. NetSpinner воспроизводит действия ненастоящего паука точно так же, как программа с биоморфами моделирует анатомию насекомоподобных форм. Паутина на экране рисуется по правилам поведения, которые меняются под влиянием “генов”. Гены – как и у биоморфов, просто цифры, записанные в памяти компьютера, – передаются из поколения в поколение. В каждом поколении “поведение” вымышленного паука и, следовательно, геометрия “паутины” зависят от генов. Так, один из генов может влиять на угол между радиальными нитями: мутация, то есть изменение для компьютерного паука цифрового значения соответственно какому‐то правилу поведения, приведет к изменению количества радиальных нитей. Как и в программе с биоморфами, при переходе от одного поколения к другому цифровые значения генов могут незначительно меняться. Эти мутации становятся заметны по изменению формы паутины, а значит, являются объектом для селекции.

Шесть изображений паутины, показанные на рис. 2.11, можно рассматривать как биоморфы (точки пока во внимание не принимаем). Паутина вверху слева будет родителем. Остальные пять – мутировавшие отпрыски. Конечно, в жизни паутина не дает потомства, то есть “дочерние паутины” – это пауки, которые плетут паутину, рождают других пауков, которые тоже плетут паутину. Но в этих моих словах о паутинах кроется важная информация, применимая к организмам. У людей гены, определяющие особенности детей, возникают из генов, определяющих особенности родителей. В компьютерной модели те варианты генов, которые, меняя поведение не видимого на экране воображаемого паука, определяют вид родительской паутины (вверху слева), мутировали, и в результате появились другие варианты генов, определившие вид дочерних паутин на остальных пяти картинках.