Андржеевская Ирина, Анатолий Гин

Договор с природой

Подсказка для умных: Курс на ресурс,
или Теоретическое введение

Однажды великий маг и волшебник Гарри Гудини (см. фото) на спор бросился в прорубь в наручниках, с тщательно связанными руками и ногами. Маг, как уже это неоднократно было, при большом стечении народа стал быстро освобождаться от пут. И вдруг мощное течение реки затянуло его под лёд…

Прошло несколько минут, и никто уже не надеялся увидеть Гарри живым — ведь известно, что человек может пробыть в воде не более 3,5 минут. А ведь прошло почти восемь, когда ассистенты догадались бросить в прорубь толстую верёвку, за которую схватился и выбрался из проруби Гудини.

Как ему удалось это сделать?

Если во время связывания сильно напрячь мышцы, то после расслабления путы немного ослабнут — появится небольшая свобода для движений. Специалисты по решению изобретательских задач говорят так: появился пространственный ресурс.

Гудини умел виртуозно прятать в собственном теле различные микро-инструменты — типа острой шпильки. Он умел их размещать в ушной раковине (тоже пространственный ресурс) и даже под собственной кожей. Специалисты назвали бы этот инструмент заранее подготовленным ресурсом. А чтобы подготовить его заранее, нужен временной ресурс.

Говорят, что путем долгой тренировки маг научился даже безболезненно разбирать на части собственные суставы и собирать их. Это тоже помогало ему выскользнуть из любых веревок. Такое особое умение специалисты называют функциональным ресурсом.

Остается еще одна загадка: как человек (пусть и великий фокусник) продержался под водой столько времени без воздуха?

Налицо противоречие: воздух должен быть, иначе бы Гарри задохнулся, и воздуха не должно быть, ибо в воде нет воздуха, которым можем дышать человек.

Раз уж маг не задохнулся, мы предположим, что воздух для его дыхания все же нашелся. Где?

Оказывается, между водой и льдом в реке есть тонкая прослойка воздуха! Тренированному человеку хватило, чтобы добраться до следующей проруби. Гарри использовал необходимый ему ресурс нужного вещества, который был скрыт в окружающей среде.

В этом примере задачу (освобождение от пут) решал человек, но и природа свои задачи решает с помощью тех же ресурсов:

• пространственных
• временных
• вещественных
• функциональных
• и других…

Не правда ли, задача в чем-то похожа на предыдущую? Однако, это не простая аналогия. Ведь бобрам для их длинных переплывов недостаточно той тонкой прослойки воздуха, которая сама по себе образуется между водой и льдом…

Строго говоря, природа не решает задачи так же, как человек. Человек целенаправленно ищет ресурсы, которые помогают ему добиться цели. А живые существа просто пробуют все возможности, чтобы добиться выживания себя и своего вида.

Но результаты-то очень похожи — как будто сама Природа действительно решает задачи и ищет для этого ресурсы. Поэтому для разгадок тайн живой природы мы можем допустить, будто все живые существа решают задачи, подобно человеку. Став «на их место», мы тоже сможем решить эти задачи, а значит, разгадать их тайны.

Все, что так или иначе живой организм использует для своих нужд, мы будем считать ресурсами. Эти ресурсы живые «решатели» находят в окружающем пространстве, в живых и неживых объектах, внутри самого себя, и даже во временных изменениях: например, использование времени прилива или сезонных холодов.

Кстати, когда вы беретесь решать природную задачу (то есть, вам нужно объяснить особенности строения или поведения живого существа), мы можем предложить хорошего помощника. Этот помощник — тоже инструмент. Но, в отличие от инструмента Гарри Гудини, чисто интеллектуальный.

Ресурсы для решения многих биологических задач вам поможет найти

Договор,
или Помощник при решении исследовательских задач по биологии

Однажды Эйнштейна спросили, в чем он видит основное различие между собственным интеллектом и интеллектом других людей.
Он ненадолго задумался, а затем ответил: «Если люди ищут иголку в стоге сена, то большинство из них останавливаются, как только найдут ее. Но я продолжаю поиски, обнаруживая вторую, третью и, возможно, если мне очень повезет, даже четвертую и пятую иголки».

Решение задач по ДОГОВОРУ отличается как раз тем, что позволяет не просто найти яркую идею и на этом успокоиться, а найти несколько гипотез, каждая из которых может оказаться ключом к истине.

Любой организм живет в окружающей среде. И чтобы жить, ему необходимо осуществлять все жизненно важные процессы. Эти процессы, направленные на сохранение жизни, можно зашифровать одним словом — ДОГОВОР (Дыхание, Обмен веществ, Гомеостаз, Обмен энергии, Выживание, Обмен информацией, Размножение). Образно говоря, организм как бы заключает ДОГОВОР с окружающей его природой — об условиях своего существования и выживания в природе.

Подробнее о процессах, входящих в ДОГОВОР:

ДЫХАНИЕ

Все живые существа дышат. При дыхании из окружающей
среды поступает окислитель, необходимый для
протекания окислительно-восстановительных реакций в
организме, и выделяются газообразные продукты обмена.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ (ПИТАНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ ОТХОДОВ)

Живой организм нуждается в «строительном материале»
для клеток (питание и питье). Организм получает пищу
пассивно (фильтрация) или активно добывает (поиск,
поглощение пищи, различные способы охоты —
привлечение, преследование, подкарауливание),
питательные вещества доставляются кровеносной
системой к клеткам, отходы удаляются (выделение).

ГОМЕОСТАЗ

Способность к сохранению постоянной внутренней среды
(температуры, давления, pH среды…) при
неблагоприятных абиотических факторах в изменчивой
внешней среде.

ОБМЕН ЭНЕРГИИ (ТЕПЛООБМЕН)

Для жизнедеятельности необходима энергия. Откуда ее
берут живые существа? Из окружающей среды (энергия
Солнца, термальных источников), из преобразованной
(запасенной) энергии органических веществ — это
питательные вещества, которые расщепляются с
выделением энергии. Избыток тепла удаляется из
организма при испарении влаги, при дыхании.

ВЫЖИВАНИЕ (ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА)

Стремление к безопасному существованию, способность
избегать опасностей при взаимодействии с биотическими
факторами внешней среды; способность выживать среди
других существ (хищников, паразитов). Это активное
движение и преднамеренная неподвижность (маскировка,
затаивание, укрытие, отпугивание, бегство); защита от
паразитов; конкурентная борьба; поиск благоприятных
жизненных условий, в том числе, жилища.

ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ

На всех уровнях организации живой материи происходит
обмен информацией. Животные предупреждают других
животных об опасности, наличии или отсутствии пищи, о
готовности к продолжению рода и т. д. Передают друг
другу сигналы растения и даже простейшие организмы.
Информация передается с помощью звуковых и
оптических сигналов, тактильных ощущений, химических
веществ…

РАЗМНОЖЕНИЕ

Стремление и способность к продолжению рода (в том
числе поиск и привлечение партнера). Забота о
потомстве.

Задачи, которые решает живое существо, как правило, возникают именно в связи с выполнением этого ДОГОВОРа. То есть особенности морфологического строения, существования, поведения живых существ, как правило, определяются именно выполнением перечисленных процессов. Хотите найти причину особенностей строения или поведения растения или животного? Значит, подумайте, как эта особенность помогает выполнить ту или иную функцию ДОГОВОРа.

Постарайтесь выдвинуть побольше правдоподобных гипотез. А потом уже выберите ту (или те) из них, которые кажутся вам наиболее вероятными.

Желаем вам удачи!

Пример выдвижения гипотез с помощью ДОГОВОРа

ДЫХАНИЕ
Все живые существа дышат. При дыхании из окружающей среды поступает окислитель, необходимый для протекания
окислительно-восстановительных реакций в организме, и выделяются газообразные продукты обмена.

Гипотез нет.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ (ПИТАНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ ОТХОДОВ)
Живой организм нуждается в «строительном материале» для клеток (питание и питье). Организм получает пищу пассивно (фильтрация) или активно добывает (поиск, поглощение пищи, различные способы охоты — привлечение, преследование, подкарауливание), питательные вещества доставляются кровеносной системой к клеткам, отходы удаляются (выделение).

Гипотеза 1.

Ежи не едят яблоки, они едят насекомых. Но, может быть, яблоки служат хорошим кормом для насекомых, которые на яблоках и размножаются. Ежи, таким образом, запасают еду для насекомых. А потом их едят.

ГОМЕОСТАЗ
Способность к сохранению постоянной внутренней среды (температуры, давления, pH среды…) при неблагоприятных абиотических факторах в изменчивой внешней среде.

Гипотеза 2.

Ежи выбирают кислые яблоки. Может быть, ежам нужна кислота для нейтрализации щелочей, которые, возможно, выделяются через колючки.

ОБМЕН ЭНЕРГИИ (ТЕПЛООБМЕН)
Для жизнедеятельности необходима энергия. Откуда ее берут живые существа? Из окружающей среды (энергия Солнца, термальных источников), из преобразованной (запасенной) энергии органических веществ — это питательные вещества, которые расщепляются с выделением энергии. Избыток тепла удаляется из организма при испарении влаги, при дыхании.

Гипотеза 3.

Яблоки гниют, при этом выделяется энергия. Возможно, ежи используют энергию гниения, чтобы во время спячки, когда температура тела животных понижается, в норке зимой поддерживалась плюсовая температура.

ВЫЖИВАНИЕ (ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА)
Стремление к безопасному существованию, способность избегать опасностей при взаимодействии с биотическими факторами внешней среды; способность выживать среди других существ (хищников, паразитов). Это активное движение и преднамеренная неподвижность (маскировка, затаивание, укрытие, отпугивание, бегство); защита от паразитов; конкурентная борьба; поиск благоприятных жизненных условий, в том числе, жилища.

Гипотеза 4.

С помощью кислот, которые есть в кислых яблоках, ежи борются с паразитами, которые могут находиться на их иголках.

Гипотеза 5.

Так ежи маскируются.

ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ
На всех уровнях организации живой материи происходит обмен информацией. Животные предупреждают других животных об опасности, наличии или отсутствии пищи, о готовности к продолжению рода и т. д. Передают друг другу сигналы растения и даже простейшие организмы. Информация передается с помощью звуковых и оптических сигналов, тактильных ощущений, химических веществ…

Гипотеза 6.

Ежи яблоками сигнализируют другим ежам, что пора впадать в спячку.

РАЗМНОЖЕНИЕ
Стремление и способность к продолжению рода (в том числе поиск и привлечение партнера). Забота о потомстве.

Гипотеза 7.

Ежи используют яблоки, как предмет подношения своему партнеру.

Гипотеза 8.

Ежи с помощью яблок подчеркивают свое превосходство для привлечения партнера. Подобно тому, как это делают петухи с помощью гребня или павлины с помощью хвоста.

Гипотеза 9.

Может быть, яблоки едят маленькие ежата. Или в яблоке разводятся насекомые, которые потом едят ежата, которые пока сами не могут охотиться на насекомых.

ДЫХАНИЕ
Все живые существа дышат. При дыхании из окружающей среды поступает окислитель, необходимый для протекания
окислительно-восстановительных реакций в организме, и выделяются газообразные продукты обмена.

Гипотез нет.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ (ПИТАНИЕ И ВЫДЕЛЕНИЕ ОТХОДОВ)
Живой организм нуждается в «строительном материале» для клеток (питание и питье). Организм получает пищу пассивно (фильтрация) или активно добывает (поиск, поглощение пищи, различные способы охоты — привлечение, преследование, подкарауливание), питательные вещества доставляются кровеносной системой к клеткам, отходы удаляются (выделение).

Гипотеза 1.

Травоядные насекомые, ведущие ночной образ жизни, питаются травинками, их верхушки более сочные и нежные, более полезные, здесь больше питательных веществ.

Гипотеза 2.

Насекомые, ведущие ночной образ жизни, питаются нектаром полевых цветов, поэтому они забираются повыше, чтобы добраться до цветков.

Гипотеза 3.

Поиск воды. На верхушках травы ночью быстрее начинается конденсация влаги.

ГОМЕОСТАЗ
Способность к сохранению постоянной внутренней среды (температуры, давления, pH среды…) при неблагоприятных абиотических факторах в изменчивой внешней среде.

Гипотеза 4.

Все насекомые — холоднокровные животные. Температура их тела, а также активность зависит от температуры окружающей среды. Насекомые поднимаются повыше от прохладной почвы и греются в теплом вечернем воздухе. И утром температура воздуха значительно быстрее поднимается повыше от почвы, на вершинах травинок, что помогает насекомым скорее начать активный образ жизни.

ОБМЕН ЭНЕРГИИ (ТЕПЛООБМЕН)
Для жизнедеятельности необходима энергия. Откуда ее берут живые существа? Из окружающей среды (энергия Солнца, термальных источников), из преобразованной (запасенной) энергии органических веществ — это питательные вещества, которые расщепляются с выделением энергии. Избыток тепла удаляется из организма при испарении влаги, при дыхании.

Гипотеза 5.

Все насекомые стремятся к свету вслед за уходящим солнцем, а уровень освещенности на земле и в нескольких сантиметрах от земли уже существенно отличается.

ВЫЖИВАНИЕ (ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ ОРГАНИЗМА)
Стремление к безопасному существованию, способность избегать опасностей при взаимодействии с биотическими факторами внешней среды; способность выживать среди других существ (хищников, паразитов). Это активное движение и преднамеренная неподвижность (маскировка, затаивание, укрытие, отпугивание, бегство); защита от паразитов; конкурентная борьба; поиск благоприятных жизненных условий, в том числе, жилища.

Гипотеза 6.

Защита от врагов: ночью на охоту выходят ночные наземные хищники, и дневные насекомые стремятся убраться от них подальше и повыше, поэтому и забираются на высокие травы и кустарник.

Гипотеза 7.

Ночью из-за повышенной влажности воздуха и понижения температуры на травах выпадает роса. Насекомые забираются повыше, чтобы утром солнце быстрее подсушило им крылышки и ножки, иначе они просто не могут прыгать и двигаться.

Гипотеза 8.

Насекомые любят покачаться на травинках, как на качельках. Может быть, к вечеру стихает ветер, и насекомые забираются на травинки, которые теперь не сбросят их при сильном раскачивании.

ОБМЕН ИНФОРМАЦИЕЙ
На всех уровнях организации живой материи происходит обмен информацией. Животные предупреждают других животных об опасности, наличии или отсутствии пищи, о готовности к продолжению рода и т. д. Передают друг другу сигналы растения и даже простейшие организмы. Информация передается с помощью звуковых и оптических сигналов, тактильных ощущений, химических веществ…

Гипотеза 9.

Кузнечики вечером и ночью стрекочут, и чем выше, тем, может быть, дальше слышен звук. Возможно, они обозначают звуком, что эта территория занята.

РАЗМНОЖЕНИЕ
Стремление и способность к продолжению рода (в том числе поиск и привлечение партнера). Забота о потомстве.

Гипотеза 10.

Чем выше заберутся кузнечики, тем больше вероятность того, что самки и самцы услышит звук и быстрее найдут друг друга.

Гипотеза 11.

Многие насекомые подают световые сигналы особям противоположного пола — они более заметны, если насекомое поднимется повыше над травой.

Отбор гипотез

Любая из выдвинутых гипотез может оказаться ответом к задаче!

И, тем не менее, многие гипотезы приходится отбрасывать. При отборе нужно оценить выдвинутые гипотезы на их правдоподобность — при необходимости найти справочную информацию, провести наблюдения или эксперимент, а в некоторых случаях и расчет.

Как правило, остается одна или две-три гипотезы как кандидаты на правильный ответ.

Расположите их в порядке убывания правдоподобности: сначала самую правдоподобную, на ваш взгляд, гипотезу, потом менее правдоподобную… Сравните свои гипотезы с контрольным ответом.

Если вам не удалось правильно решить задачу — порассуждайте, почему, какие ошибки в своих рассуждениях вы допустили, чего не учли…

Посмотрите, например, какие гипотезы выделяли наши ученики как наиболее правдоподобные в Задаче 2.

Гипотеза 1.

То, что верхушки травинок более сочные, можно проверить экспериментально.
То, что трава обычно объедена больше на верхушках, хорошо видно на фотографии.

Однако, эта гипотеза может быть правдоподобна только для насекомых, ведущих ночной образ жизни.

Гипотеза 3.

На верхушках травы действительно конденсация влаги происходит лучше.

Однако, эта гипотеза может быть правдоподобна только для насекомых, ведущих ночной

Гипотеза 4.

Насекомые греются в теплом вечернем воздухе — скорее всего, этот фактор имеет очень кратковременное значение, так же как и фактор стремления насекомых к свету — температура на земле и в нескольких сантиметрах от земли существенно не отличаются. Но утром действительно температура воздуха и солнечное освещение повыше от земли на травинках значительно выше, чем на почве. Это тоже можно проверить экспериментально.

Гипотеза 6.

Защита от врагов — эта гипотеза правдоподобна для дневных насекомых, которые ночью спят.

Контрольные ответы к задачам

1. Ежи натыкают на иглы кислые и едкие продукты, чтобы продезинфицировать иглы.
Акимушкин И. И. Причуды природы. М.: Мысль, 1981. С. 25.

2. Ночью на охоту выходят многочисленные ночные хищники — ежи, степные гадюки, щитомордники. Они истребляют насекомых, которые находятся на поверхности земли. Вот насекомые и забираются на верхушки растений — подальше от земли.
Мариковский П. И. Насекомые защищаются. М.: Наука, 1978, с. 184.

Как видите, с помощью ДОГОВОРа нам удалось выйти на широкий спектр гипотез, среди которых оказались и контрольные ответы.