Маргаритковый Мир

Графики стандартного двухцветного Маргариткового Мира

Маргаритковый Мир (англ. Daisyworld) — компьютерная модель условного мира, предназначеная для имитации важных процессов в биосфере Земли под влиянием Солнца. Введена Джеймсом Лавлоком и Эндрю Уотсоном в работе, опубликованной в 1983 году^[1], для того, чтобы показать правдоподобность гипотезы Геи.

Моделирование

Цель модели состоит в том, чтобы продемонстрировать теорию о том, что механизмы обратной связи могут развиться не благодаря классическим механизмам группового выбора, а из-за личных предпочтений организмов^[2].

В модели предлагается наличие планеты, которая во многом подобна Земле, и где преобладает орошаемая суша, заселённая маргаритками всего двух расцветок (чёрной и белой). Планета вращается вокруг звезды того же спектрального класса что и Солнце, лучистая энергия которой медленно возрастает. Маргаритки же способны существовать лишь в температурном диапазоне от 5 до 40^оС. Оптимальная же температура для жизнедеятельности цветов — 20^оС.

Согласно современной астрофизической гипотезе, по мере старения звезды близкой по параметрам Солнцу, её лучистая энергия начинает линейно возрастать. По мере прогревания планеты, на экваторе достигается минимальное значение температуры (5^оС), при которой возможно произрастание маргариток. Там, где первоначально окажется немного больше тёмных маргариток, отражательная способность (альбедо) отдельных районов планетной поверхности снизится, а значит грунт лучше прогреется, дав селективное преимущество тёмным маргариткам, которые, способствуя прогреванию и заселению новых очагов почвы дальше от экватора, будут продолжать снижать альбедо, а следовательно всё больше расширять ареал своего обитания, по сравнению с белыми маргаритками. Наконец вся планета окажется захвачена маргаритками тёмных расцветок.

Но затем, по мере дальнейшего повышения энергии, приходящей от звезды, температура на экваторе превысит оптимальную для цветов — 20^оС. С этого момента преимущество переходит на сторону маргариток со светлой окраской цветков, которые повышают альбедо, охлаждая территорию, и тем самым создавая для себя комфортные условия сначала на экваторе, а затем — всё дальше к полюсам. Тёмные маргаритки селективно проигрывают.

Наконец, наступает переломный момент, когда температура на экваторе переваливает отметку в 40^оС, за которой невозможна жизнь маргариток. И вот, начиная от экватора жаркая зона охватывает всю планету, превращая её в безжизненную пустыню.

Математический расчёт, проведённый Лавлоком, выявил закономерность: средняя температура на планете, заселённой маргаритками, несмотря на возрастание активности звезды, практически всё время останется постоянной, составляя оптимальные для маргариток 20^оС. Таким образом, даже примитивная биосфера способна оказывать глобальное влияние с отрицательной обратной связью, при том что каждый компонент системы работает с положительной.

Эта ситуация очень отличается от существующей в безжизненном мире, где температура не регулируется и возрастает линейно с ростом лучистой энергии звезды. В более поздних версиях «Маргариткового Мира» была введёна популяция серых маргариток, а планета населена травоядными и хищниками. Оказалось, что это способствовало даже увеличению гомеостаза (стабильности системы). В новейших исследовиях моделировались реальные биохимические циклы Земли, и, с помощью различных «гильдий» жизни (например, фотосинтезаторы, редуценты, травоядные животные, первичные и вторичные хищники), также были показаны эффект регулирования и стабильность, подобные первоначальному Маргаритковому Миру. Эти модели помогает объяснить единство и разнообразие форм жизни на нашей планете.

Так, путём естественного отбора, возникает переработка питательных веществ в биосфере, когда вредные отходы одного существа становятся основой для извлечения энергии для другого. Исследование о соотношении азота и фосфора показывает, что локальные биотические процессы могут регулировать глобальные системы^[3].

Актуальность гипотезы для Земли

Видео о модели Маргариткового Мира

Поскольку модель Маргариткового Мира весьма проста, её не следует прямо сопоставлять с Землёй. Об этом чётко заявили его авторы. Тем не менее, она обеспечивает ряд полезных предсказаний о том, каков, например может быть ответ земной биосферы на вмешательство человека. Позже, добавление к Маргаритковому Миру множества дополнительных уровней сложности не вызвало противоречий, но показало те же основные тенденции, как и в исходной модели. Одним из результатов моделирования является прогноз о том, что биосфера Земли способна регулировать климатические условия для поддержания жизни в широком диапазоне солнечной светимости. Многие примеры таких систем саморегулирования, были найдены в природе.

Модификация оригинального моделирования

Расширение модели Маргариткового Мира, которое включило кроликов, лисиц и другие виды, привело к неожиданному открытию: чем больше разнообразие видов, тем сильнее влияние биосферы на всю планету (например, улучшается температурное регулирование). Моделирование также показало, что система была надежной и устойчивой даже при потрясениях. Напротив, при медленных изменениях в окружающей среде постепенно богатство видов утрачивается. А возмущения в системе приводят к всплеску видового разнообразия. Эти данные оказали поддержку мнению о ценности биологической вариативности^[4].

Концепция Маргариткового Мира была разработана, чтобы опровергнуть критику о «мистической» подоплёке гипотезы Геи органического единства биосферы. Значительный объём критики поступил со стороны таких ученых, как Ричард Докинз^[5], которые утверждали что терморегуляция планетарного уровня невозможна без глобального естественного отбора. Доктор У. Форд Дулиттл^[6] отверг понятие планетарного регулирования, потому что, как ему казалось, это требует «тайного согласия» между организмами для следовании какой-то необъяснимой цели планетарного масштаба. Оба неодарвиниста указывали на отсутствие движущего механизма. Модель Лавлока была успешно противопоставлена этой критике, показав, что регулирование естественно возникает в пределах некоего диапазона температур. Для терморегуляции Маргаритковому Миру не нужна ни сознательная цель, ни групповой естественный отбор^[7].

Позже критики Маргариткового Мира сосредоточили внимание на факте, что искусственное моделирования упускает многие важные детали истинной системы «Земля-Солнце». Например, реальная система требует для поддержания гомеостаза, определённого уровня смертности и должна учитывать различия между видами. Критики моделирования считают, что включение этих деталей будет приводить к неустойчивости системы, и, следовательно, ложно. Многие из этих вопросов рассматриваются в более поздней работе Тимоти Лентона и Джеймса Лавлока 2001 года^[8]. В работе показано, что включение этих факторов на самом деле улучшает способность Маргариткового Мира в регулировании климата.

Маргаритковый Мир в популярной культуре

• Версия Маргариткового Мира с несколькими видами маргариток серых оттенков, была включена в видеоигру SimEarth компании Maxis.
• В романе Xenocide Орсона Скотта Карда на Маргаритковый Мир приведены несколько ссылок.
• Маргаритковый Мир упоминается в британском сериале, «Возмездие» (Edge of Darkness).

Примечания

1. ↑ Watson, A.J.; J.E. Lovelock (1983). «Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld». Tellus B (International Meteorological Institute) 35 (4): 286–9. DOI:10.1111/j.1600-0889.1983.tb00031.x. Bibcode: 1983TellB..35..284W.
2. ↑ (1983) «Biological homeostasis of the global environment: the parable of Daisyworld». Tellus 35B: 286–9. DOI:10.1111/j.1600-0889.1983.tb00031.x. Bibcode: 1983TellB..35..284W.
3. ↑ Keith Downing & Peter Zvirinsky, The Simulated Evolution of Biochemical Guilds: Reconciling Gaia Theory with Natural Selection.
4. ↑ James Lovelock The ages of Gaia: a biography of our living Earth. — Oxford University Press. — P. 213–216. — ISBN 9780192862174
5. ↑ The extended phenotype: the long reach of the gene. — Oxford University Press, 1982. — ISBN 0-19-286088-7
6. ↑ Doolittle, W.F. «Is nature really motherly?» The Coevolution Quarterly, Spring:58-63, 1981.
7. ↑ Sagan, D. and Whiteside, J. «Gradient-reduction theory: thermodynamics and the purpose of life» in Scientists Debate Gaia: The Next Century, MIT Press, Stephen H. Schneider, James R. Miller, Eileen Crist, and Penelope J. Boston, eds, pp. 173—186, 2004.
8. ↑ Lenton, T.M.; J.E. Lovelock (2001). «Daisyworld revisited: quantifying biological effects on planetary self-regulation». Tellus Series B - Chemical and Physical Meterology 53 (3): 288–305. DOI:10.1034/j.1600-0889.2001.01191.x.

Литература и полезные ссылки

• Wood, Andrew J.; G.J. Ackland, J.G. Dyke, H.T.P. Williams, T.M. Lenton (2008-01-05). «Daisyworld: A review». Reviews of Geophysics (American Geophysical Union) 48 (RG1001): RG1001. DOI:10.1029/2006RG000217.
• Онлайн-симулятор «Маргаритковый Мир» (DaisyWorld) с большим количеством опций (флеш)
• Spatial Daisyworld Model Java Applet and explanation of Daisyworld with evolution
• Флеш-анимация для студентов

Ссылки

• Кирилл Юрьевич Еськов «Удивительная палеонтология: история Земли и жизни на ней», — М: ЭНАС, 2012, С. 61-63. ISBN 978-5-93196-711-0