Закон черной королевы. Гипотеза Чёрной Королевы

«Алиса в Зазеркалье », из диалога Алисы с Чёрной Королевой :

У нас, - сказала Алиса, с трудом переводя дух, - когда долго бежишь со всех ног, непременно попадёшь в другое место.
Какая медлительная страна! - вскричала Королева. - Ну а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте.

Перевод Н. Демуровой

Энциклопедичный YouTube

1 / 3

SciShow - Почему секс существует?

ВЕРШИТЕЛЬ СУДЕБ.СЕРЫЕ ГУМАНОИДЫ.

Император, который знал свою судьбу. Николай II.

Субтитры

Гонка вооружений

Первоначально предложенная Ли ван Валеном (1973 г.), метафора «эволюционная гонка вооружений», происходящая при коэволюции видов смежных трофических уровней, была сочтена подходящей для описаний биологических процессов, подобно гонке вооружений между странами. На основании исследований Ли ван Вален обнаружил, что способность группы организмов к выживанию с течением времени не улучшается, и что вероятность вымирания для любого вида случайна и не зависит от продолжительности его существования на планете. Таким образом шансы для выживания вида являются величиной неопределённой .

Парадокс пола и его значение

Научный автор Мэтт Ридли популяризировал термин «Эффект Чёрной Королевы», связав его с половым отбором в своей книге The Red Queen: Sex and the Evolution of Human Nature (1993), в русском переводе - «Секс и эволюция человеческой природы» (2011).

В двуполых популяциях живых существ, мужские особи, составляя, как правило, около половины населения, не имеют возможности непосредственно произвести потомство без участия женского пола (если у них отсутствует биологическая возможность изменять свой пол). У некоторых видов, таких как львы, есть обычай среди самцов умерщвлять молодняк, рождённый от другого самца (согласно Ричарду Докинзу , это проявление так называемого эгоистичного гена , чья цель состоит только в том, чтобы размножиться, и который может как следствие подавить воспроизводство других генов). Кроме того, самцы и самки должны тратить ресурсы для привлечения и конкуренцию за противоположный пол. Половой отбор также может порождать черты, которые уменьшают пригодность вида и индивидуума к выживанию, так, яркая окраска оперения у райских птиц , используемая для привлечения полового партнёра, в то же время увеличивает вероятность быть замеченными потенциальными хищниками. Таким образом, половое размножение может быть очень неэффективным в плане борьбы за существование.

Возможное объяснение того факта, что почти все позвоночные раздельнополы, состоит в том, что пол увеличивает возможности к адаптации. Во-первых, если выгодная мутация происходит среди особей, размножающихся бесполым способом, то для этой мутации нет возможности распространиться, а особи получить гены из других линий своего вида, у которых могли возникнуть собственные полезные мутации. Во-вторых, это перемешивает аллели . Некоторые случаи наследственной изменчивости могли быть выгодными, только когда одна мутация вступала в соединение с другой мутацией, а половое размножение увеличивает вероятность, что такое соединение произойдёт.

Анализ процессов видообразования и вымирания видов, проведенный по палеонтологическим остаткам для 19 семейств кайнозойских млекопитающих, показал справедливость гипотезы Черной Королевы, согласно которой основной причиной вымирания было постепенное ухудшение качества среды для эволюционирующей клады (группы родственных видов). Разнообразие всей группы снижается в равной степени из-за уменьшения скорости видообразования и из-за увеличения скорости исчезновения видов.

Вымирание видов, также как их возникновение в процессе эволюции, происходит постоянно, хотя внимание публики больше привлекают массовые вымирания, события сами по себе достаточно редкие. Объясняя постоянную (фоновую) скорость вымирания видов, биологи все чаще обращаются к «гипотезе Черной Королевы» (Red Queen hypothesis), предложенной палеонтологом Ли ван Валеном (Leigh Van Valen); см.: L. M. Van Valen, 1973. A new evolutionary law (PDF, 2 Мб). Гипотеза эта отсылает нас к «Алисе в Зазеркалье» (“Through the Looking-Glass”), к тому месту в этой необычной сказке Льюиса Кэролла, где Черная Королева (Red Queen) заставляет бежать Алису всё быстрее и быстрее. Когда же они наконец садятся отдохнуть под деревом, то запыхавшаяся Алиса с удивлением обнаруживает, что они остались на том же самом месте. Королева объясняет: чтобы убежать дальше, необходимо бежать еще быстрее. А когда Алиса говорит, что в их стране всё не так, королева не без ехидства замечает: “A slow sort of country!” («Какая-то медленная страна!»):

Alice looked round her in great surprise.

“Why, I do believe we"ve been under this tree all the time! Everything"s just as it was!”

“Of course it is,” said the Queen: “what would you have it?”

“Well, in our country,” said Alice, still panting a little, “you"d generally get to somewhere else - if you ran very fast for a long time, as we"ve been doing.”

“A slow sort of country!” said the Queen. “Now, here , you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place. If you want to get somewhere else, you must run at least twice as fast as that!”

Алиса в изумлении огляделась.

Что это? - спросила она. - Мы так и остались под этим деревом! Неужели мы не стронулись с места ни на шаг?

Ну, конечно, нет, - ответила Королева. - А ты чего хотела?

У нас , - сказала Алиса, с трудом переводя дух, - когда долго бежишь со всех ног, непременно попадешь в другое место.

Какая медлительная страна! - сказала Королева. - Ну, а здесь , знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!

(Перевод Н. Демуровой )

Наша биосфера, однако, вовсе не медленная страна. Происходящая в ней эволюция живых существ также не может остановиться, поскольку постоянно изменяется окружающая среда. Если какие-то организмы замедляют скорость эволюции и перестают соответствовать быстро меняющейся среде, они просто вымирают. В процессе естественного отбора, путем классической дарвинской эволюции, возникают новые виды, лучше соответствующие новым условиям.

Тьяго Кентал (Tiago B. Quental) из Отдела экологии Университета Сан-Паулу (Сан-Паулу, Бразилия) и Чарльз Маршалл (Charles R. Marshall) из Палеонтологического музея Калифорнийского университета (Беркли, Калифорния, США) решили проверить, соответствует ли модели Черной Королевы процесс вымирания кайнозойских наземных млекопитающих. Авторы анализировали скорости возникновения и вымирания родов млекопитающих 19 семейств. Некоторые из этих семейств полностью вымерли, разнообразие других (к примеру, слонов, носорогов, лошадей) сильно сократилось. Выбирали только те семейства, в которых было достаточно много родов - от 5 до 41 (в большинстве случаев более 10 и даже 20) и по которым был хороший стратиграфический материал, то есть остатки их сохранились в целом ряде слоев, охватывающих продолжительный промежуток времени.

Модель, предложенная авторами, как они сами указывают, напоминает хорошо известную модель островной биогеографии Макартура и Уилсона (см.: Теория равновесия Макартура-Уилсона). Модель Макартура–Уилсона рассматривает скорость заселения острова новыми видами и скорость вымирания уже присутствующих видов как функции числа видов на острове (рис. 1). В начале заселения скорость этого процесса максимальна, но по мере прибавления видов на острове она снижается до нуля (новых видов больше на острове не появляется). Скорость же вымирания видов меняется противоположным образом: когда видов мало (начало заселения), то и вымирать еще некому, но чем больше видов на острове, тем выше скорость их вымирания.

В модели Кентала и Маршалла вместо скорости заселения фигурирует скорость видообразования (точнее, образования родов, так как определение до вида затруднительно). Существенно, что образование новых видов и вымирание других во всех кладах (группах родственных видов), согласно гипотезе Черной Королевы, идут одновременно с примерно одной и той же скоростью, поскольку постепенно изменяется среда, которая всё менее подходит ранее сформировавшимся видам. А вот противоположная гипотеза «разорения игрока» (см.: Gambler"s ruin) предсказывает резкие случайные изменения среды.

Анализ данных, имевшихся в распоряжении исследователей, позволяет сделать несколько выводов. Во-первых, продолжительность фазы подъема разнообразия равна продолжительности фазы спада разнообразия (рис. 2). Во-вторых, как удельная (то есть в расчете на один род) скорость образования новых форм, так и скорость их вымирания зависят от наблюдаемого разнообразия (как в модели Макартура–Уилсона): при некотором уровне разнообразия процессы эти уравновешены. В-третьих, неожиданным результатом явилось то, что во время фазы спада разнообразия сокращение скорости образования новых видов (родов) вносило не меньший вклад, чем увеличение скорости вымирания.

Фактически средняя начальная скорость видообразования очень близка по величине финальной скорости вымирания, а финальная скорость видообразования такая же низкая как начальная скорость вымирания. Это особенно хорошо видно на рисунке (рис. 3), где приведены средние для всех 19 изученных семейств траектории процессов образования новых видов и их вымирания. Из палеонтологии известен целый ряд примеров, когда снижение разнообразия какой-то группы объяснялось не столько высокой скоростью вымирания, сколько низкой скоростью образования новых видов.

Авторы предлагают количественную модификацию модели Макартура–Уилсона, сократив врожденную скорость видообразования и увеличив врожденную скорость вымирания. При этом ожидаемое равновесное разнообразие постепенно уменьшается до нуля, а затем переходит в область отрицательных значений. Вся клада при этом вымирает (см. рис. 4: бегущая Черная Королева символизирует ухудшение качества местообитаний).

В далеком детстве у меня была подруга (и до сих пор есть), а у нее тогда еще был папа-ученый, физик ядерщик. У подружкиного папы самая любимая сказка из наших детских была именно сказка про Алису Льюиса Кэрролла. Мы тогда не сильно его понимали, да и сказку тоже сильно недопонимали – то ли дело привычные золушки и красные шапочки.

Теперь я, значительно подросшая и даже немного поумневшая, узнала, что сказка про Алису не так уж проста и совсем не с ума сводящая, а даже наоборот. Да и написал ее не просто какой-то английский сказочник Льюис Кэрролл, а профессор математики оксфордского университета Чарльз Лютвидж До́джсон (Кэрролл – псевдоним). Папа подруги, обладая многочисленными знаниями в физике и математике, понимал всю прелесть зашифрованных законов нашего мира в поведении героев воображаемого мира Алисы.

Возьмем хотя бы один из них – Принцип (или эффект, или правило) Черной королевы из сказки «Алиса в зазеркалье».
Первыми заметили соответствие этому правилу, так верно сформулированному Черной королевой, биологи, наблюдающие за эволюцией наземных млекопитающих. Если по-простому, то все мы знаем про охоту хищника на травоядное. Чтобы выжить тому же оленю, необходимо быстро бегать. Но не просто быстро, а быстрее волка. Каждое последующее поколение оленей бегает все быстрее и быстрее, потому как выживают только самые быстрые. Но и волку, чтобы не остаться голодным, надо бежать быстрее от поколения к поколению.

Ричард Доукинс, Английский этолог, эволюционный биолог, назвал этот принцип «эволюционная гонка вооружений».

Правда поговаривают, что еще раньше эту метафору произнес палеонтолог Ли ван Вален, стараясь именно по принципу Черной королевы объяснить постоянную скорость вымирания биологических видов.

На этом же эффекте Черной королевы построили свой закон экологи Роберт Макартур и Эдвард О. Уилсон, сформулировавших его в книге «Теория островной биогеографии». Вкратце: на некий остров забрасываются судьбой животные вида А. По прибытию в новую жизнь вид скорее всего будет вымирать, но для выживания (а также скорейшего приспособления) виду А надо активно размножаться, заселяя вновь обретенную сушу. Если занесло на этот остров следующий вид В, то ему надо будет приспосабливаться не только к новой жизни, но и к виду А. При увеличении числа видов животных на острове и число вымерших будет расти. Со временем вновь прибывшие все чаще будут обнаруживать на острове прижившийся свой вид, значит количество видов животных увеличиваться не будет, но и вымирание остановится. Если представить график зависимости скорости заселения (т. е. числа новых видов, прибывших за данный период времени) от числа видов, уже заселивших остров, то заметно, что скорость заселения высока тогда, когда число обитателей острова мало, и низка, когда их число велико. Этот закон равновесия Макартура-Уилсона элементарно применить и к теории заселения городов людьми.

Также не сложно проследить принцип применения эффекта Черной Королевы в экономике, бизнесе и т.п. Все кругом развивается, и чтобы не сдавать однажды завоеванные позиции, нужно постоянно «бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте». Гонка вооружений заставляет наращивать арсенал в любой отрасли жизни, и не только у животных, но и у человека. Есть ли возможность когда-либо остановиться? Чисто теоретически – есть, но это тема совсем для другого поста.

Alice looked round her in great surprise.

“Why, I do believe we"ve been under this tree all the time! Everything"s just as it was!”

“Of course it is,” said the Queen: “what would you have it?”

“Well, in our country,” said Alice, still panting a little, “you"d generally get to somewhere else - if you ran very fast for a long time, as we"ve been doing.”

“A slow sort of country!” said the Queen. “Now, here , you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place. If you want to get somewhere else, you must run at least twice as fast as that!”

Алиса в изумлении огляделась.

Что это? - спросила она. - Мы так и остались под этим деревом! Неужели мы не стронулись с места ни на шаг?

Ну, конечно, нет, - ответила Королева. - А ты чего хотела?

У нас , - сказала Алиса, с трудом переводя дух, - когда долго бежишь со всех ног, непременно попадешь в другое место.

Какая медлительная страна! - сказала Королева. - Ну, а здесь , знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте! Если же хочешь попасть в другое место, тогда нужно бежать по меньшей мере вдвое быстрее!

(Перевод Н. Демуровой )

В замечательной книжке Льюса Кэрролла «Алиса в стране чудес» Чеширский кот говорит главной героине: «Чтобы оставаться на месте нужно бежать со всех ног, а чтобы куда-то попасть, надо бежать как минимум вдвое быстрее!».

В следующей книге «Алиса в Зазеркалье», между Алисой и Чёрной Королевой происходит следующий диалог:
- У нас, - сказала Алиса, с трудом переводя дух, - когда долго бежишь со всех ног, непременно попадёшь в другое место.
- Какая медлительная страна! - вскричала Королева. - Ну а здесь, знаешь ли, приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте.

Собственно, отсюда и родился термин «Теория Чёрной королевы» обозначающий концепцию, суть которой может быть сформулирована следующим образом: «Относительно эволюционной системы виду необходимы постоянное изменение и адаптация, чтобы поддерживать его существование в окружающем биологическом мире, постоянно эволюционирующем вместе с ним».

Когда «старый конь» портит борозду..

Что это означает для нас?

Да всё очень просто – в современном мире всё очень быстро меняется и попытка прожить всю жизнь «на одной волне», выражаясь молодежным языком, «не прокатывает». Иными словами, если вы привыкли работать «по-старому» и не хотите учиться «новым фокусам», то скорее всего «ветер перемен вышибет вас на обочину истории».

Дело в том, что находясь в статичном положении, мы не стоим на месте, а уверенно и с песней катимся назад, то есть деградируем. Это опять же легко увидеть на примере лишнего веса – если перестать контролировать свои пищевые привычки (т.е. «оставаться на месте»), то и не заметишь, как наберешь десяток-другой-третий лишних «жировых» килограмм.

Если прожить день, ничего не сделав для того, чтобы хоть на миллиметр продвинуться вперед, то кажется, что ничего страшного не произошло.
Десять дней – тоже вроде ничего особенного (хотя мог бы уже быть, как минимум, на сантиметр впереди, а оказывается – на сантиметр откатился)
Сто дней – наверное стоит побеспокоиться (как никак уже -10 см)
Тысяча дней – становится страшно (откатился на метр назад)
Так и недалеко и до «ямы» из которой уже и не выбраться…

Открытие Чи́ксентмихайи

От всех этих кошмарных ужасов есть один надежный рецепт – это находиться в «состоянии потока». Того потока, в который мы входим, когда занимаемся своим делом жизни (любимым делом), т.е. самореализуемся (концепцию потока предложил американский психолог венгерского происхождения Ми́хай Чи́ксентмихайи).

«Состояние потока» штука очень сильная и именно в нём знаменитые артисты и спортсмены получают свои выдающие результаты и ставят рекорды. Это, не побоюсь этого словам, состояние достижения высшего мастерства.

Человек, который двигается к своей Великой Цели способен входить в «состояние потока» быстрее и легче всех остальных. Для него это уже практически естественный процесс в который он может погружаться когда захочет. И это позволяет ему опережать внешние обстоятельства и «выигрывать у Чёрной королевы».

В рамках программы «Построение новой жизни» особый упор делается на то, чтобы научить человека входить в состояние потока и пребывать в нём максимально возможное время. Это нужно чтобы получать результаты «выше среднего».

Состояние потока vs. прокрастинация

Одна из болезненных проблем современного человека – это прокрастинация или, выражаясь более простым языком, постоянное откладывание дел и внутренний самосаботаж. Вроде и надо дела делать, и понимаешь насколько это важно и нужно, а не хочеееетсяяяя!

Люди пытаются бороться с прокрастинацией выдумывая всякие фишки, трюки, приемчики и техники. Всё это по большому счету полная фигня. И работает на ооочень короткие дистанции.

Чтобы не страдать прокрастинацией человек должен уметь пребывать в «состоянии потока», а для этого нужно иметь здоровое сознание, которое опять же невозможно обрести не самореализуясь через дело жизни (любимое дело). Всё связано!

Поэтому, если хотите быть на шаг быстрее и на голову выше – найдите свой жизненный Путь и начните двигаться по нему, самореализуясь через своё дело жизни!