Большой монарх совершил прорыв
Это потрясающе, поэтому я это перевел и расставил ссылки на русскую википедию. Мне кажется, что это должны знать все.
24-летний аспирант университета Торонто (Канада) по специальности Computer Science Майкл Уиллоу вчера (уже позавчера, т.е. 30 марта — прим. перев.) опубликовал в блоге на своем персональном сайте www.michaelwillow.com удивительное открытие, сделанное им совершенно случайно, которое, по всей видимости, приведет к коренному пересмотру эволюционной теории, да и биологии в целом.
Майкл в рамках своей диссертации на PhD занимается разработкой специализированных плат расширения для строящегося суперкомпьютера IBM в университете Торонто (еще про него — прим. перев.). Эти платы предназначены для быстрого аппаратного решения некоторых частых задач в области computer science, что позволит суперкомпьютеру войти в первую двадцатку суперкомпьютеров и достичь пиковой производительности в 360 ТФлопс. Кроме этого, Майкл увлекается микрофотографией.
Каково же было его удивление, когда неожиданно под микроскопом на снимке одной из бабочек подсемейства данаид — большого монарха (Danaus plexippus) он увидел странно знакомый ему узор.
«Я не сразу понял, что произошло» — пишет Майкл в своем блоге — «Мне показалось, что я прекратил рассматривать снимок и вернулся к работе, не осознав этого». Немного позже он понял, что микроузор на крыльях бабочки, образованный микрожилкованием (nervuration), напоминает ему одну из недавних схем для вычисления быстрого преобразования Фурье — алгоритма, использующегося в цифровой обработке сигналов и, в частности, в MP3-плеерах. «Я взял карандаш и принялся чертить. Это было просто необыкновенно. В двух местах узор на бабочке оказался более оптимальным, чем в моей схеме, в одном — менее. Я позвал своего друга, студента-биолога Артура Макалистера, и показал ему снимок и рисунки. Сказать, что он был потрясен, значит, ничего не сказать.»
Блог Майкла Уиллоу, как только ссылка на него появилась на сайте крупнейшего канадского информационного гиганта Thomson Reuters, оказался подвержен slashdot-эффекту и перестал отвечать на запросы (до сих пор, блин — прим. перев.).
Артур Макалистер, в свою очередь, провел в лаборатории ряд экспериментов, которые подтвердили, что сходство узоров на крыльях бабочки не случайно: бабочка действительно использует эту схему для вычисления быстрого преобразования Фурье!
«В жилках на крыльях у бабочек находятся крошечные капилляры, по которым течет гемолимфа» — сообщает Макалистер — «Гемолимфа переносит, помимо кислорода, солей и некоторых органических веществ еще и глюкозу, в обилии получаемую насекомыми из нектара. Я провел хроматографию микроколичеств гемолимфы, прошедших через узлы жилок, на которые указал мне Майкл. Обнаружилось, что концентрация глюкозы при прохождении через узлы одного вида сохранялась на примерно том же уровне, а через другие — резко падала при разбавлении. Это означает, что узлы первого вида давали битовую операцию OR, а второго — операцию AND, потому что если хотя бы в одном из входящих капилляров концентрация глюкозы была низкой, то в узле происходило разбавление и поглощение, что приводило к низкой концентрации глюкозы в вытекающей гемолимфе. Майкл предсказал, что в некоторых узлах должен быть реализован элемент задержки, и действительно, осмотрев их в сильный микроскоп, я увидел крохотные двухкамерные вакуоли, заполнявшиеся гемолимфой».
Следует заметить, что битовые элементы AND (конъюнктор), OR (дизъюнктор) и задержка позволяют построить сколь угодно сложные системы, в частности, современные микропроцессоры, только вместо гемолимфы в них используется электрический ток. Жидкость же используется в так называемой пневмонике, которая заменяет электронику в сложных условиях, например, в сверхсильных электромагнитных полях или под ионизирующим излучением.
«Не все ясно в этой истории» — жалуется Уиллоу — «Мы до сих пор не можем понять, как гемолимфа восстанавливает рабочую концентрацию глюкозы в цепочках 1 OR 0».
Данаиды очень распространены в Северной Америке, так что неудивительно, что именно ярко-оранжевый большой монарх привлек внимание Майкла. Надо заметить, что полет бабочек — явление, без всякого сомнения, сложное и неизученное. Условно его можно разделить на две фазы: порхание и планирование. В планировании можно применить классические результаты аэродинамики, но порхание долго не поддавалось анализу. И лишь Эллингтон и Вейс-Фог из Кембриджского университета установили, что порхание это совокупность сложных движений, называемых «флинг», которые приводят к нестационарному потоку воздуха возле крыла бабочки, создающему им вертикальную тягу. В простейшем виде это может быть представлено, как реактивное движение.
Ранее считали, что жилкование крыла бабочки предназначено лишь для терморегуляции и механической прочности, и в этом виде оно много дало бионике, например, помогло инженерам создать современные экономичные лопасти винтов вертолетов и сверхманевренные парашюты. Однако новое открытие убедительно показало, что у матушки-Природы еще полно козырей в рукаве, и крылья бабочки, как бы это ни забавно звучало, предназначены еще и для обеспечения полета. Впрочем, человечество может не волноваться: учитывая площадь крыла, размер жилок и скорость течения гемолимфы, по вычислительной мощности бабочки существенно уступают процессорам Core 2 Quadro, хотя, похоже, превосходят авионику начала 70-х.
«Я аккуратно парализовал клетку с двухкамерной вакуолью формалином» (скорее уж не парализовал, а убил — прим. перев.) — говорит Макалистер — «Это не должно было повредить бабочке. Но она словно разучилась летать. Ее правое крыло махало, как прежде, но левое стало двигаться будто хаотично. В итоге большой монарх просто не смог взлететь.»
Микроузоры на крыльях насекомых полагали, за рамками общей системы классификации Комстока-Нидхэма, используемой в энтомологии, случайными, как узор на сетчатке или отпечатки пальцев. Теперь это мнение наверняка будет пересмотрено.
«Майкл, мы сделали открытие, сказал мне тогда Артур» — вспоминает Уиллоу — «Мы должны всем о нем рассказать. Но я ответил, что если мы не проверим все до конца, мы можем стать посмешищем. Поэтому мы целую неделю ждали перед тем, как рассказать о том, что мы обнаружили, и проверяли, исследовали, искали.»
В среде исследователей в области computer science открытие Уиллоу вызвало ажиотаж. Все дело в том, что в компьютерных алгоритмах для поиска оптимального решения часто используют так называемые «генетические алгоритмы», которые представляют некую оптимизируемую модель как геном, а затем, пользуясь классическими эволюционными принципами: скрещивание, мутация и отбор, находят наиболее оптимальные, эволюционировавшие модели. Но до сих пор никто не предполагал, что в ходе этой эволюции могут получаться не только «более приспособленные» данные, но и алгоритмы, решающие ту или иную задачу.
А вот реакция биологов на открытие Уиллоу и Макалистера пока более чем сдержанная. Лепидоптеролог (специалист, изучающий бабочек) Ральф Больц из Германии заявил прессе, что считает весь рассказ Уиллоу как минимум крайне сомнительным, поскольку в марте данаиды еще не возвращаются в Канаду из Мексики, где у них зимовье. Министр охраны окружающей среды Канады Джим Прентис (на фотографии — прим. перев.) раздраженно заявил журналистам, что считает крайне легкомысленным раздувать фурор вокруг неподтвержденного открытия в прессе, поскольку это может привести только к увеличению числа людей, которые будут отрывать крылья бабочкам, а это чревато сильным ущербом популяции вида.
Несмотря на то, что прошло совсем немного времени с момента опубликования этого удивительного результата, некоторые представители церкви уже успели заявить, что мы имеем дело с прямым доказательством существования Бога, а уфологи — что панспермия теперь не теория, а факт.
«Мир огромен и неповторим» — говорит по этому поводу Уиллоу — «В каждой песчинке отражается вся Вселенная. Мне искренне жаль людей, которые не способны это увидеть, и рассматривают все на свете с позиций одной, очень узкой теории.»
Ситуация с открытием Уиллоу выглядит еще более курьезной, поскольку одна из частей популярнейшей реализации алгоритма быстрого преобразования Фурье называется «бабочкой» из-за того, что в ней используется своеобразная бабочкоподобная перестановка битов.
Любопытно, что большой монарх с 1990 года является, наряду с медоносной пчелой, государственным насекомым США. В свете этого открытие канадского аспиранта выглядит, как минимум, пощечиной Союзу американских биологических обществ, что, к сожалению, едва ли будет способствовать плодотворной научной дискуссии.
24-летний аспирант университета Торонто (Канада) по специальности Computer Science Майкл Уиллоу вчера (уже позавчера, т.е. 30 марта — прим. перев.) опубликовал в блоге на своем персональном сайте www.michaelwillow.com удивительное открытие, сделанное им совершенно случайно, которое, по всей видимости, приведет к коренному пересмотру эволюционной теории, да и биологии в целом.
Майкл в рамках своей диссертации на PhD занимается разработкой специализированных плат расширения для строящегося суперкомпьютера IBM в университете Торонто (еще про него — прим. перев.). Эти платы предназначены для быстрого аппаратного решения некоторых частых задач в области computer science, что позволит суперкомпьютеру войти в первую двадцатку суперкомпьютеров и достичь пиковой производительности в 360 ТФлопс. Кроме этого, Майкл увлекается микрофотографией.
Каково же было его удивление, когда неожиданно под микроскопом на снимке одной из бабочек подсемейства данаид — большого монарха (Danaus plexippus) он увидел странно знакомый ему узор.
«Я не сразу понял, что произошло» — пишет Майкл в своем блоге — «Мне показалось, что я прекратил рассматривать снимок и вернулся к работе, не осознав этого». Немного позже он понял, что микроузор на крыльях бабочки, образованный микрожилкованием (nervuration), напоминает ему одну из недавних схем для вычисления быстрого преобразования Фурье — алгоритма, использующегося в цифровой обработке сигналов и, в частности, в MP3-плеерах. «Я взял карандаш и принялся чертить. Это было просто необыкновенно. В двух местах узор на бабочке оказался более оптимальным, чем в моей схеме, в одном — менее. Я позвал своего друга, студента-биолога Артура Макалистера, и показал ему снимок и рисунки. Сказать, что он был потрясен, значит, ничего не сказать.»
Блог Майкла Уиллоу, как только ссылка на него появилась на сайте крупнейшего канадского информационного гиганта Thomson Reuters, оказался подвержен slashdot-эффекту и перестал отвечать на запросы (до сих пор, блин — прим. перев.).
Артур Макалистер, в свою очередь, провел в лаборатории ряд экспериментов, которые подтвердили, что сходство узоров на крыльях бабочки не случайно: бабочка действительно использует эту схему для вычисления быстрого преобразования Фурье!
«В жилках на крыльях у бабочек находятся крошечные капилляры, по которым течет гемолимфа» — сообщает Макалистер — «Гемолимфа переносит, помимо кислорода, солей и некоторых органических веществ еще и глюкозу, в обилии получаемую насекомыми из нектара. Я провел хроматографию микроколичеств гемолимфы, прошедших через узлы жилок, на которые указал мне Майкл. Обнаружилось, что концентрация глюкозы при прохождении через узлы одного вида сохранялась на примерно том же уровне, а через другие — резко падала при разбавлении. Это означает, что узлы первого вида давали битовую операцию OR, а второго — операцию AND, потому что если хотя бы в одном из входящих капилляров концентрация глюкозы была низкой, то в узле происходило разбавление и поглощение, что приводило к низкой концентрации глюкозы в вытекающей гемолимфе. Майкл предсказал, что в некоторых узлах должен быть реализован элемент задержки, и действительно, осмотрев их в сильный микроскоп, я увидел крохотные двухкамерные вакуоли, заполнявшиеся гемолимфой».
Следует заметить, что битовые элементы AND (конъюнктор), OR (дизъюнктор) и задержка позволяют построить сколь угодно сложные системы, в частности, современные микропроцессоры, только вместо гемолимфы в них используется электрический ток. Жидкость же используется в так называемой пневмонике, которая заменяет электронику в сложных условиях, например, в сверхсильных электромагнитных полях или под ионизирующим излучением.
«Не все ясно в этой истории» — жалуется Уиллоу — «Мы до сих пор не можем понять, как гемолимфа восстанавливает рабочую концентрацию глюкозы в цепочках 1 OR 0».
Данаиды очень распространены в Северной Америке, так что неудивительно, что именно ярко-оранжевый большой монарх привлек внимание Майкла. Надо заметить, что полет бабочек — явление, без всякого сомнения, сложное и неизученное. Условно его можно разделить на две фазы: порхание и планирование. В планировании можно применить классические результаты аэродинамики, но порхание долго не поддавалось анализу. И лишь Эллингтон и Вейс-Фог из Кембриджского университета установили, что порхание это совокупность сложных движений, называемых «флинг», которые приводят к нестационарному потоку воздуха возле крыла бабочки, создающему им вертикальную тягу. В простейшем виде это может быть представлено, как реактивное движение.
Ранее считали, что жилкование крыла бабочки предназначено лишь для терморегуляции и механической прочности, и в этом виде оно много дало бионике, например, помогло инженерам создать современные экономичные лопасти винтов вертолетов и сверхманевренные парашюты. Однако новое открытие убедительно показало, что у матушки-Природы еще полно козырей в рукаве, и крылья бабочки, как бы это ни забавно звучало, предназначены еще и для обеспечения полета. Впрочем, человечество может не волноваться: учитывая площадь крыла, размер жилок и скорость течения гемолимфы, по вычислительной мощности бабочки существенно уступают процессорам Core 2 Quadro, хотя, похоже, превосходят авионику начала 70-х.
«Я аккуратно парализовал клетку с двухкамерной вакуолью формалином» (скорее уж не парализовал, а убил — прим. перев.) — говорит Макалистер — «Это не должно было повредить бабочке. Но она словно разучилась летать. Ее правое крыло махало, как прежде, но левое стало двигаться будто хаотично. В итоге большой монарх просто не смог взлететь.»
Микроузоры на крыльях насекомых полагали, за рамками общей системы классификации Комстока-Нидхэма, используемой в энтомологии, случайными, как узор на сетчатке или отпечатки пальцев. Теперь это мнение наверняка будет пересмотрено.
«Майкл, мы сделали открытие, сказал мне тогда Артур» — вспоминает Уиллоу — «Мы должны всем о нем рассказать. Но я ответил, что если мы не проверим все до конца, мы можем стать посмешищем. Поэтому мы целую неделю ждали перед тем, как рассказать о том, что мы обнаружили, и проверяли, исследовали, искали.»
В среде исследователей в области computer science открытие Уиллоу вызвало ажиотаж. Все дело в том, что в компьютерных алгоритмах для поиска оптимального решения часто используют так называемые «генетические алгоритмы», которые представляют некую оптимизируемую модель как геном, а затем, пользуясь классическими эволюционными принципами: скрещивание, мутация и отбор, находят наиболее оптимальные, эволюционировавшие модели. Но до сих пор никто не предполагал, что в ходе этой эволюции могут получаться не только «более приспособленные» данные, но и алгоритмы, решающие ту или иную задачу.
А вот реакция биологов на открытие Уиллоу и Макалистера пока более чем сдержанная. Лепидоптеролог (специалист, изучающий бабочек) Ральф Больц из Германии заявил прессе, что считает весь рассказ Уиллоу как минимум крайне сомнительным, поскольку в марте данаиды еще не возвращаются в Канаду из Мексики, где у них зимовье. Министр охраны окружающей среды Канады Джим Прентис (на фотографии — прим. перев.) раздраженно заявил журналистам, что считает крайне легкомысленным раздувать фурор вокруг неподтвержденного открытия в прессе, поскольку это может привести только к увеличению числа людей, которые будут отрывать крылья бабочкам, а это чревато сильным ущербом популяции вида.
Несмотря на то, что прошло совсем немного времени с момента опубликования этого удивительного результата, некоторые представители церкви уже успели заявить, что мы имеем дело с прямым доказательством существования Бога, а уфологи — что панспермия теперь не теория, а факт.
«Мир огромен и неповторим» — говорит по этому поводу Уиллоу — «В каждой песчинке отражается вся Вселенная. Мне искренне жаль людей, которые не способны это увидеть, и рассматривают все на свете с позиций одной, очень узкой теории.»
Ситуация с открытием Уиллоу выглядит еще более курьезной, поскольку одна из частей популярнейшей реализации алгоритма быстрого преобразования Фурье называется «бабочкой» из-за того, что в ней используется своеобразная бабочкоподобная перестановка битов.
Любопытно, что большой монарх с 1990 года является, наряду с медоносной пчелой, государственным насекомым США. В свете этого открытие канадского аспиранта выглядит, как минимум, пощечиной Союзу американских биологических обществ, что, к сожалению, едва ли будет способствовать плодотворной научной дискуссии.
