Эффект бабочки в экологии сообщение

Обновлено: 02.07.2024

История не знает сослагательного наклонения. Что случилось — то случилось. Ничего нельзя переделать. Эта истина банальна, бесспорна, но ничуть не мешает строить прогнозы о том, как могла бы измениться наша жизнь или даже всемирная история, если бы что-то пошло по-другому.

С тех пор прошло не слишком много времени, но палеонтология уже очень существенно увеличила объем информации о разных группах вымерших животных и растений. Удалось глубже понять эволюционные тренды разных групп организмов, проследить генеральные линии в их развитии.

Интересные новые данные были получены и для позвоночных животных, обитавших на территории Поволжья в меловом периоде. Здесь располагалась южная окраина неглубокого Русского моря. Крупный Поволжский архипелаг протягивался от нынешней Пензы до Калача-на-Дону 4 .

Интенсивные фазы горообразования и глобальные аноксические события, климатические изменения и появление лиственных лесов, усиленная активность вулканов и падение уровня Мирового океана. Своего рода окончательную точку, вероятно, поставило падение астероида. Судя по огромному кратеру в Мексиканском заливе, удар был чудовищной силы. Если бы этот астероид промахнулся мимо Земли, эволюция мезозойских организмов, вероятно, продолжалась бы еще многие миллионы лет.

Современный уровень знаний об обитателях Русского моря и Поволжского архипелага позволяет нарисовать гипотетическую картину, как могли бы выглядеть потомки мезозойских животных, если бы им удалось дожить до сегодняшних дней (при сохранении в регионе существовавших в меловом периоде географических условий).

Ихтиозавры. В мезозойских морях они занимали экологическую нишу, сходную с той, что сейчас принадлежит дельфинам. В основном это были хищники средних и относительно крупных размеров, от полутора до пяти метров. Судя по морфологии зубов и содержимому желудков, они питались некрупной рыбой и головоногими моллюсками.

Гипотетический неоихтиозавр. Здесь и далее рисунки А. А. Сменцарёва

В ходе эволюции у продвинутых представителей группы развился мощный хвостовой плавник, выполнявший основную локомоторную функцию. Появился и крупный спинной плавник. Передние конечности-ласты сильно расширились и превратились в своеобразные подводные крылья, игравшие роль руля-стабилизатора [1]. Наиболее широкие и длинные передние плавники были у меловых ихтиозавров рода Platypterygius.

Некоторые ихтиозавры были глубоководными ныряльщиками и, судя по огромным глазным орбитам черепа и кольцам склеротики, охотились в темноте. Ряд признаков указывает, что они использовали эхолокацию, как современные китообразные.

Поздние ихтиозавры из рода Leninia и некоторые виды рода Platypterygius имели сильно удлиненные тонкие челюсти, похожие на ножницы. У этих ихтиозавров были двойные носовые отверстия, функциональное значение которых не совсем понятно. Возможно, ихтиозавры обладали проточной носовой системой, аналогичной той, что предполагается для плезиозавров. Вода могла входить в хоаны, протекать через носовые камеры и выходить из внешних носовых отверстий. Не исключено, что одна пара ноздрей выпускала воду, а другая использовалась для дыхания [2].

У потомков меловых ихтиозавров эти признаки могли развиться дальше и привести к уникальной специализации ночного охотника за гигантскими моллюсками.

В питании ихтиозавров одну из главных ролей играли головоногие, в том числе аммониты. В ходе эволюции аммониты увеличивали размеры и усиливали защиту раковины: возрастала толщина ее стенок, увеличивалось количество шипов и мощных ребер (пример — представители рода Parapuzosia). Возможные неоаммониты могли бы достичь размеров детской карусели. Толстые прочные раковины, покрытые шипами, надежно защищали моллюска от хищников. Неоихтиозаврам пришлось бы атаковать этих гигантов очень быстро, чтобы они не успевали втянуть голову в раковину. В случае удачного нападения хищник тонкими челюстями отрезал моллюску щупальца. Утрата не стала бы смертельной для неоаммонитов. Все головоногие обладают высокой способностью к регенерации и могут быстро восстанавливать утраченные конечности.

Огромные неоаммониты, вероятно, совершали бы суточные миграции и, как современные кальмары Гумбольдта, поднимались к поверхности моря по ночам. В связи с этим неоихтиозавры должны были бы стать ночными охотниками. Находить громадных моллюсков в темноте им помогали бы огромные глаза и дополнительная пара наружных носовых отверстий, обеспечивающих омовение обонятельного эпителия током воды. Передние ласты неоихтиозавров при этом сильно бы увеличились, как это наблюдается у современного горбатого кита.

Плезиозавры. Представители этой группы морских рептилий имели утолщенное веретенообразное тело и мощные конечности-ласты. У некоторых форм была длинная шея и относительно небольшая голова (Elasmosauridae и Cryptoclididae). У других — наоборот: шея сильно укорочена, а голова огромных размеров (Pliosauridae) [3]. Диета этих животных, в зависимости от размеров и морфологических особенностей, сильно различалась: от мелких рыб и головоногих до крупных рептилий. Некоторые длинношеие плезиозавры (Mortuneria, Tatanectes, Kaiwhekea), как предполагается, питались крилем: их тонкие длинные зубы образовывали решетку, которая при процеживании воды удерживала мелкую живность в пасти [4].

Проведенное компьютерное моделирование показало, что для перемещения под водой плезиозавры использовали так называемый подводный полет, подобно современным пингвинам. Они передвигались, производя машущие движения крупными передними ластами. Задние конечности практически не принимали участия в движении. Этот продвинутый тип плавания позволял плезиозаврам развивать значительную скорость.

Большинству групп плезиозавров была свойственна эволюционная тенденция к увеличению размеров. У некоторых из них, например эласмозавров, сильно удлинилась шея, а голова стала относительно тела совсем небольшой. Несмотря на гигантские размеры (до 15 м), эти плезиозавры охотились лишь на мелкую рыбешку и головоногих. Вероятно, эти рептилии медленно парили в толще воды, время от времени схватывая зазевавшуюся добычу.

Можно предположить, что у неоэласмозавров-рыбоядов мог сохраниться тренд к дальнейшему увеличению шейного отдела позвоночного столба. В итоге размеры их туловищ не превышали бы 1/5 общей длины животного. Сверхдлинная шея позволяла бы охотиться, оставаясь практически на одном месте.

Другая эволюционная стратегия могла развиться у плиозаврид с крупной головой и сильно удлиненной мордой. Их мощные зубы были приспособлены к разрыванию огромной добычи и в челюстях располагались на значительном расстоянии друг от друга, как у современных зубатых китов. Длина животных достигала 10 м. Возможно, плиозавры были глухими, на что указывают особенности строения некоторых костей основания черепа. Вероятно, во время охоты они полагались на зрение и специальные сенсорные органы, схожие с рецепторами давления (нейромастами) на морде крокодила. Эти сенсоры позволяли им чувствовать вибрацию, исходящую от животных, находящихся в воде даже на большом расстоянии.

По другой версии, плиозавры обладали весьма своеобразным слуховым аппаратом. Дело в том, что в воде не нужен специализированный орган слуха (среднее ухо), как на суше, поскольку звуковые волны хорошо распространяются в жидкой среде и передаются через кости черепа прямо во внутреннее ухо. Таким образом, плиозаврам органом слуха могло служить все тело.

Возможные потомки плиозавров были бы способны занять экологическую нишу кашалотов, став глубоководными ныряльщиками, рыскающими в поисках добычи в темных безднах. Их мощная морда вытянулась бы еще больше, чтобы на ней разместилось огромное число сенсоров-нейромаст. Именно эти рецепторы играли бы главную роль при поиске добычи. Зрение неоплиозавров могло ухудшиться, а в передней части головы появился бы жировой мешок: он помогал бы регулировать плавучесть животного при нырянии и подъеме, а также амортизировал удары во время брачных схваток за самок. Схожие функции выполняет спермацетовый мешок у кашалотов.

Длина большинства мозазавров не превышала 5 м, питались они рыбой. Но в конце своего эволюционного пути группа дала гигантские формы: мозазавр Гофмана (Mosasaurus hoffmanni) и тилозаврины (Tylosaurinae), длина которых достигала 17 м. Эти гиганты обладали мощными кинжаловидными зубами, охотились на более мелких собратьев, черепах и акул [5].

Также известны специализированные мозазавры рода Goronyosaurus с клыкообразными зубами и массивным черепом, они напоминали скорее крокодила, чем ящерицу [6]. Некоторые мозазавры (Pannoniasaurus), вероятно, обитали в пресной воде [7].

Тело неомозазавров могло значительно удлиниться, хвостовой плавник — сильно увеличиться в размерах, а голова — стать еще более мощной и массивной. В сильных челюстях располагались бы дифференцированные зубы: округлые для дробления костей и раковин в задней части, острые для разрывания добычи — в передней. Нечто похожее наблюдалось у мозазавра прогнатодона (Prognathodon) [8].

У каких-то неомозазавров могли бы появиться ядовитые железы, как у современного комодского варана. Жертвы нападения этих морских рептилий умирали бы как от ран, так и от действия токсинов.

Некоторые неомозазавры охотились бы в мутных прибрежных водах или поднимались вверх по рекам, другие — приобрели бы гигантские размеры и заселили полярные широты. Плавать в холодной воде им позволила бы гигантотермия (инерционная теплокровность) — постоянство температуры тела в 20–25°С, связанное только с огромными размерами.

Птерозавры. В конце мелового периода на островах Поволжского архипелага гнездились представители последней группы птерозавров — аждархиды (Azhdarchidae). У представителей этой группы летающих ящеров отсутствовали зубы в клюве и были относительно узкие крылья [9].

В ходе эволюции шея аждархид удлинялась, увеличивались общие размеры животных. Некоторые огромные аждархиды (Quetzalcoatlus), вероятно, уже не могли летать и стали пешеходами гигантских размеров. Они охотились на ящериц и мелких динозавров, собирали падаль и разоряли гнездовья других рептилий. По некоторым оценкам, такие птерозавры по высоте были сопоставимы с жирафами, а их вес мог составлять 250 кг [10].

Поволжские неоаждархиды тоже могли бы полностью разучиться летать. Этому способствовало бы обитание на островах, где нет естественных врагов. По внешнему виду и образу жизни они бы напоминали аистов и цапель и могли бы промышлять небольшими рептилиями, рыбой и беспозвоночными.

Птицы. Зубастые птицы гесперорнисы (Hesperornis) появились во второй половине мелового периода. Они отличались длинной шеей, а размеры их были сопоставимы с ростом взрослого человека. Гесперорнисы напоминали бескрылых гагарок и пингвинов, питались рыбой. Они были грузными и не умели летать, зато быстро плавали под водой [11].

Их вероятные потомки могли бы совсем порвать не только с воздушной средой, но и с сушей, став полностью водными животными, подобно морским рептилиям. При этом они могли бы стать значительно крупнее, но, возможно, разучились бы нырять. Неогесперорнисы плавали бы по волнам и, как лебеди, опускали сверхдлинную шею в глубину, собирая со дна ракообразных и водоросли. Они могли бы объединяться в крупные колонии и тихо дрейфовать вдоль островов Поволжского архипелага, как гигантские поплавки. На сушу они выползали бы только для откладки яиц в горячий песок, как современные кожистые черепахи.

Динозавры. Самыми загадочными обитателями Поволжского архипелага были динозавры. Пока найдено крайне мало их остатков. Наиболее значительная находка — серия позвонков крупного титанозаврида из Ульяновской обл.

Титанозавры (Titanosauria) — одни из крупнейших наземных существ за всю историю планеты. Они достигали длины в 40 м и веса в 35 т. Это наиболее поздняя группа длинношеих завропод. Для них отмечается тенденция к укорочению хвоста и широкой постановке конечностей [12].

Этот архипелаг мог бы до сих пор располагаться на месте нынешних Саратова, Пензы, Ульяновска и Самары, если бы история планеты развивалась по другому сценарию.

Авторы благодарят специалистов, поделившихся своими наблюдениями и гипотезами: А. О. Аверьянова (Зоологический институт РАН и Санкт-Петербургский государственный университет), Р. Бенсона (Оксфордский университет, Великобритания), Д. В. Григорьева (Зоологический институт РАН), Н. Г. Зверькова (Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова), Н. В. Зеленкова (Палеонтологический институт имени А. А. Борисяка РАН), С. Сакса (Музей естественной истории Билефельда, Германия), И. М. Стеньшина (Ульяновский областной музей краеведения), Д. Сурмика (Университет Силезии, Польша).

Литература
1. McGowan C., Motani R. Ichthyopterygia. Handbook of Paleoherpetology. Pt. 8. Munchen, 2003.
2. Fischer V., Arkhangelsky M., Naish D. et al. Simbirskiasaurus and Pervushovisaurus reassessed: implications for the taxonomy and cranial osteology of Cretaceous platypterygiine ichthyosaurs // Zoological Journal of the Linnean Society. 2014. V. 171. № 4. P. 822–841.
3. Архангельский М. С., Сенников А. Г. Подкласс Synaptosauria // Ископаемые позвоночные России и сопредельных стран. Ископаемые рептилии и птицы. Ч. 1. / Отв. ред. М. Ф. Ивахненко, Е. Н. Курочкин. М., 2008. С. 224–243.
4. Cruickshank A. R. I., Fordyce R. E. A new marine reptile (Sauropterygia) from New Zealand: further evidence for a Late Cretaceous austral radiation of cryptoclidid plesiosaurs // Palaeontology. 2002. V. 45. № 3. P. 557–575.
5. Lingham-Soliar T. Anatomy and functional morphology of the largest marine reptile known, Mosasaurus hoffmanni (Mosasauridae, Reptilia) from the Upper Cretaceous, Upper Maastrichtian of the Netherlands // Phil. Trans. Royal Soc. London B: Biological Sciences. 1995. V. 347. № 1320. P. 155–180.
6. Azzaroli A., Guili C. De, Torre D. An aberrant mosasaur from the Upper Cretaceous of north western Nigeria // Rendiconti della Classe di Scienze Fisiche Matematiche e Naturali (Accademia Nazionale dei Lincei). 1972. V. 52. P. 53–56.
7. Makádi L., Caldwell M. W., Ösi A. The first freshwater Mosasauroid (Upper Cretaceous, Hungary) and a new clade of basal Mosasauroids // PLoS One. 2012. V. 7. № 12. e51781. DOI: 10.1371/journal.pone.0051781.
8. Russell D. A. Systematics and morphology of American mosasaurs (Reptilia) // Bulletin of the Peabody Museum of Natural History, Yale University. 1967. V. 23. P. 1–240.
9. Witton M. P. Titans of the skies: azhdarchid pterosaurs // Geology Today. 2007. V. 23. P. 33–38.
10. Witton M. P., Naish D. A reappraisal of azhdarchid pterosaur functional morphology and paleoecology // PLoS One. 2008. V. 3. № 5. e2271. DOI: 10.1371/journal.pone.0002271.
11. Несов Л. А., Ярков А. А. Гесперорнисы в России // Русский орнитологический журнал. 1993. Т. 2. № 1. С. 37–54.
12. Wilson J. A. Overview of sauropod phylogeny // The Sauropods: Evolution and Paleobiology / Eds. K. A. Curry Rogers, J. A. Wilson. Berkley, 2005. P. 15–49.
13. Huene F. von. Die fossile Reptil-Ordnung Saurischia, ihre Entwicklung und Geschichte // Monogr. Geol. Paleontol. 1932. Ser. 1. № 4. S. 1–361.

1 Dixon D. After man. A zoology of future. N.Y., 1981. См. также: Крылов И. Н. Знакомьтесь: животный мир будущего (вместо рецензии) // Природа. 1983. № 6. С. 126–128.

2 Dixon D. The new dinosaurs. An alternative evolution. Topsfield, 1988.

3 Dixon D., Adams J. The future is wild: A natural history of the future. Firefly Books, 2002 (Диксон Д., Адамс Дж. Дикий мир будущего. М., 2003).

4 Архангельский М. С., Иванов А. В., Нелихов А. Е. Когда Волга была морем. Саратов, 2012.

Ошибки круглых величин

На самом деле эффект бабочки является далеко не простой идеей, следующей из очень сложной математической теории хаоса. Все началось с того, что Лоренц попытался создать набор компьютерных программ, которые могли бы предсказывать долговременные погодные изменения. Как-то раз он не стал округлять тысячные доли метеорологических величин, таких как сила ветра, влажность и атмосферное давление. Неожиданно это привело к феноменальному результату. Оказалось, что эти крошечные изменения данных полностью поменяли долгосрочный прогноз.

Эдвард Лоренц.

Рождение и гибель торнадо

Еще при жизни Лоренц горестно заметил, что большинство окружающих его климатологов воспринимают его оригинальные построения с точностью до наоборот. Важнейшей мыслью в теории Лоренца является то, что мы как раз и не можем с легкостью отследить значимое событие и его связь с настоящим. Утверждая, что взмах крыльев бабочки может вызвать шторм, мы должны тут же перейти к следующему вопросу: как можно с уверенностью утверждать, что именно данная атмосферная аномалия вызвала рождение, а не гибель сокрушительного торнадо?

Загадки кухни погоды

Компьютерная модель погоды созданная Эдвардом Лоренцом.

Уже после смерти ученого в 2008 году ряд латиноамериканских синоптиков попытались связать эффект бабочки с удивительным тихоокеанским явлением Эль-Ниньо. Непонятным образом эта периодическая атмосферная аномалия как-то влияет на рождение сокрушительных торнадо, приносящих многомиллиардные убытки южным штатам США.

Главный параметр здесь — ураганный ветер как одно из направлений исследований физики атмосферы. Эта наука уже много пет пытается предсказывать траектории движения воздушных вихрей, однако до сих пор не может спрогнозировать их силу, а значит, и масштаб возможных разрушений.

Уравнение урагана

Вот уже четверть века метеорологи упорно трудятся над созданием достоверных компьютерных моделей непогоды. Камнем преткновения тут служит так называемое уравнение урагана, которое никак не удается решить исходя из классических представлений о механизме его образования. Можно представить, что мощный ураган формируется где-то в юго-восточной части Карибского моря. Там потоки теплого и влажного воздуха встречаются с холодными ветрами, дующими с Анд. Происходит интенсивная конденсация водяных паров с формированием мощного облачного покрова. Однако если мы попытаемся задать все нужные параметры, у нас никак не получится определить курс и рост силы ветра. В частности, расчетная скорость ветра всегда будет намного ниже, чем в действительности.

Запуск GPS-зонда.

Гипотеза российских геофизиков

В конце прошлого века группа сотрудников отдела нелинейных геофизических процессов Института прикладной физики РАН из Нижнего Новгорода высказала очень необычную гипотезу. Основываясь на принципах теории Лоренца, они предположили, что сопротивление поверхности океана парадоксально падает при усилении ветра.

Потом, в 2003 году, в журнале Гаге вышла статья американского исследователя Керри Эммануэля, описывающего подобное явление. В своих выводах он опирался на многолетние данные скорости ветра внутри тропических циклонов с помощью падающих GPS-зондов Центра наблюдений за ураганами Национального управления океанических и атмосферных исследований США. На основе обобщения результатов этих измерений выяснилось, что коэффициент сопротивления морской поверхности значительно ниже величины, получаемой в расчетах обычных ветров.

Ученые пересчитали капли и поняли, что найден самый эффективный механизм генерации брызг, который сильно меняет картину возникновения ураганов. Раньше считалось, что брызги образуются при разрыве всплывающих пузырьков и их количество несоизмеримо меньше. Оказалось, что если пересчитать на натурные условия результаты нижегородского лабораторного эксперимента, то становится понятным образование ураганных ветров. Ученые поняли, что является эффективным механизмом поступления энергии в чудовищной силы ветер, и вплотную приблизились к прогнозированию разрушительной способности того или иного урагана.

Насекомые финансовых кризисов

Ученые УрФУ рассчитали, как случайные факторы влияют на глобальное изменение климата. По версии исследователей, даже незначительные характеристики – плотность облаков, морские организмы, образование торфяных болот – могут повлиять на динамику температур. Для перемены необязательно дожидаться глобальной катастрофы.

На примере Мирового океана ученые показали связь температуры и случайных факторов. По их словам, изменение климата связано со множеством параметров – это скорость таяния льдов, опреснение вод, изменение их температуры и уровень углекислого газа.

Несмотря на то, что трехмерные модели следят за состоянием льдов, температурой в Мировом океане, учесть все факторы все равно невозможно – влияние переменных слишком сильное.

Начнем с того, что Американский математик и метеоролог Эдвард Лоренц, при попытке предсказать погодные условия, используя математические формулы, пришел к выводу, что долгосрочный прогноз погоды невозможен.

Поскольку многие природные явления оказывают колоссальное влияние на погодные условия в отдельных местах на всей Земли. Даже взмах крыльев бабочки в лесах Амазонки, может привести к торнадо в центре Москвы.

Именно благодаря Эдварду Лоренцу и появился термин “Эффект бабочки”.

Объясняем “Эффект бабочки” простыми словами

Понятие “Эффект бабочки” предполагает, что любое незначительное действие может вызвать в будущем или в другом месте серьезные последствия для всей системы и для ее отдельных участников.

“Эффект бабочки” в нашей жизни

Часто “Эффект бабочки” используется в научной фантастике или кино и связан с путешествиями во времени. Так, согласно концепции эффекта бабочки, любое действие в прошлом вызывает лавину последствий в настоящем и будущем, которые могут привести к непредсказуемым результатам. Так, человек, путешествующий в прошлое, может исключить возможность появления себя на свет, если его действия повлекут за собой смерть его предка. В этом случае он вообще не родится, а значит, уничтожит свое настоящее.

Несколько примеров

Студент

Молодой человек учится в медицинском университете на хирурга. Он сдал вступительные экзамены, однако учится он с трудом.

Существует множество вариантов развития событий: его исключат, либо найдется добрый преподаватель, который не станет валить этого студента и тот получит диплом.

В первом варианте, возможно мы спасаем множество людей, которых он мог погубить. А во втором, мы выпускаем дипломированного специалиста, который возможно, погубит чьито жизни.

Предсказать точно, невозможно! Но всегда необходимо задумываться о последствиях!

Катастрофа

Вот несколько вариантов развития событий:

Полицейский откликается на вызов по рации и не замечает машину, за рулем которой человек в алкогольном опьянении. Тем самым, катастрофа неизбежна.
Полицейский решает не отвлекаться на вызов по рации, так как считает что вызывают не его и решает остановить машину, в которой едет человек в алкогольном опьянении. Тем самым, обрывая цепь, ведущую к катастрофе.

Вывод

Действия одного человека или группы людей вызывают конфликт между целыми нациями и странами, приводят к глобальным военным операциям, которые затем могут привести к уничтожению жизни на огромных территориях, а в современном мире – и на всей планете.

В повседневной жизни, очень сложно постоянно задумываться о последствиях, так как мы не придаем значения нашим действиям.

Читайте также: