ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА (albercul) wrote,
ВЕТВЯЩАЯСЯ БИОСФЕРА
albercul

7. Фрактальная геометрия природы: дерево

Вселенский Арборетум


Arboretum = arbustum (лат.) – засаженный (поросший) деревьями.


 
Какое сложное явленье - дерево.
Вглядитесь! В каждом - облик  утомленный.

Ему на долю пало древнее:
Оно глотает солнце, как  лимоны…
 

В нем жизни вековое волшебство,
В нем бьются воды, что волны покрепче.
Оно шумит, шуршит и что-то шепчет,
И хочет, чтобы поняли его.
 

Оно страдает молча. Я прочел
В его морщинах горести нежданные…
 

Стул деревянен.  Деревянен стол.
Но дерево - оно не деревянное.

                                     И. Сельвинский


фрактальное дерево

В природе чрезвычайно широко распространена ветвящаяся центрально-периферическая система, которую математики так и назвали - деревом. И не только назвали, но детально описали в строгих количественных терминах. Сначала это было сделано в теории графов, а потом, сравнительно недавно, дерево стало объектом фрактальной геометрии. 

Дерево устроено так, что сколь угодно малая его ветвь регулярно повторяет геометрическое очерта­ние всей конструкции. И, следова­тельно, дерево (в абстрактном смысле) можно «лишить жизни», как в прошлом сказал один известный математик, не иначе, как уничтожив его целиком. Но это весьма непростая (часто невыпол­нимая) задача, особенно если учесть, что в принципе дерево способно одновременно расти и вверх, и вниз, и во все другие стороны.

 Деревья всюду окружают нас - большие и малые, стройные и раскидистые, видимые и невидимые, растущие долго и распускающиеся мгновенно. Деревья существуют там, где их, казалось бы, и нет. Достаточно сослаться, к примеру, на открытие в начале XX столетия Нобелевским лауреатом академи­ком Н.Н. Семеновым цепных раз­ветвленных химических реакций, подобных (по его же словам!) мно­говетвистому дереву, которое вне­запно возникает и начинает неве­роятно быстро ветвиться вглубь и вширь от ничтожно малой причи­ны, достигая грандиозного по сво­ей мощности выражения. Именно отсюда пошла теория горения и взрывов, включая ядерный (по­скольку оказалось, что цепной процесс деления атомного ядра идет по той же самой геометриче­ской схеме).
Однако за отдельными деревья­ми мы пока еще не увидели леса. Имеющиеся (скажем так – «денд­рологические») научные сведения, нередко весьма обширные, рассре­доточены в различных, порой очень удаленных друг от друга об­ластях знания и носят изолиро­ванный, узко дисциплинарный ха­рактер. Они никогда еще не скла­дывались в единую картину, и потому оставались в чем-то не по­нятыми и до конца не объяснимы­ми. Иначе говоря, дерево - эта самоподобная, имеющая масштаб­ную инвариантность и дробную размерность (если говорить языком фрактальной геометрии) вездесущая конструкция природы - еще не получило надлежащего естественнонаучного и философско-методологического осмысле­ния и не нашло достойного своей значимости отражения в совре­менной картине мира.  

 



1. Сердцевина Мироздания 

Независимо друг от друга, зача­стую не имея прямых культурных контактов, древние народы мира неизменно приходили к представ­лению о многоэтажной Вселенной, в центре которой находится Кос­мическое Древо - ось мира, серд­цевина Мироздания, интегрирую­щая всю махину Космоса в единое целое. Об этом, в частности, свиде­тельствуют: Священное Древо славянского язычества (по нему опу­скаются и поднимаются боги, с его помощью можно проникать в иные миры; мертвые устремляются по Священному Дубу на небо к своим предкам - отсюда и пошли выра­жения «смотреть в дуб», «дать дуба»); скандинавский космичес­кий ясень Иггдрасиль (своими мо­гучими корнями и кроной он объемлет Вселенную) и его аналоги - Лилия (у древних греков) и Лотос (у восточных народов); опрокину­тое Вселенское Древо в мифологии индусов и некоторых сибирских народов (корни его в небесах, а вершина свешивается к земле); Зо­лотое Дерево египтян (копия не­бесного, растущего в верхнем мире); Космическое Дерево китай­цев (дорога богов и шаманов); Первое Дерево майя и ацтеков, помещенное в центр мироздания; наконец, библейские Древо позна­ния добра и зла и Древо жизни. Магическое значение имеет Древо жизни в каббале (оно позволяет посвященным вступать в связь с энергией Космоса и Высшим разу­мом, дает возможность добраться до Внешнего Мира и найти там бессмертие). Мировое Древо - непременный атрибут шаманской картины мира и шаманского куль­та, предполагающего общение с духами посредством Дерева, через которое лежит путь на небо и в преисподнюю.

                   игдрасиль


Под Мировым Древом в центре Вселенной рождались (а нередко и умирали) боги, герои, великие цари. Помните легендарного Одиссея? Зеленое дерево растет и простирается ввысь прямо из его родного дома. Скажете, античная экзотика? Но сколько срублено под корень и поставлено в наши дома елок под Новый год! А сколь­ко деревьев посажено людьми под окнами своих домов... Откуда по­шли обе эти традиции?


Крайне важно отметить, что при всем этом Мировое Древо в концентрированном виде воплощает в себе идею земного плодородия. Возле него бьют ключи, пышно произрастают плодоносящие рас­тения, пасутся различные траво­ядные животные. Иначе говоря, Дерево - это еще и символ реаль­ной, чисто земной жизни, ее важ­нейший экологический фактор, как мы сказали бы теперь.

 В жемчужине древнерусской литетатуры "Слове о полку Игореве" есть весьма примечательные строки: "Боян бо вещий, аще кому хотяше песнь творити, растекашется мыслию по древу..." "У лукоморья дуб зеленый," - начинает свою знаменитую поэму А.С. Пушкин. "Есть где-то, в какой-то далекой земле такое дерево, которое шумит вершиною в самом небе, и Бог сходит по нем на землю перед светлым праздником", - продолжает ту же мысль Н.В. Гоголь. Нет сомнения в том, что все эти замечательные образы, созданные великими художниками в разное время и по разному поводу, навеяны древними мифами о космическом древе.
 

2. Корни и кроны 

Посмотрим вначале, что же представляют собой те или иные вещественные (биологически уз­наваемые) деревья, как функцио­нируют, какую роль играют в био­сфере, возможно, даже в судьбах человеческой цивилизации.

Прежде всего, самого присталь­ного внимания заслуживает, ко­нечно, собственно дерево (в пер­вичном ботаническом значении), а также всякое травянистое расте­ние, которое в принципе (в смысле соответствия формы и функции) уже есть дерево.

Биотическое дерево не на земле впервые выросло и вовсе не обяза­тельно имеет листья. Как это ни странно может показаться на пер­вый взгляд, очень много «деревь­ев» среди животных, относящихся к различным систематическим группам, которые существовали в биосфере задолго до того, как на суше появились первые высшие растения. Таковы, например, офиуры и морские лилии (из иглоко­жих), но еще в большей степени кишечнополостные, которыми и ныне переполнен океан. Причуд­ливые заросли коралловых поли­пов (животных, способных к фотосинтезу из-за обилия в их тканях симбиотических зеленых водорослей!) легко принять за наземную древесно-кустарниковую растительность. Сходство настолько сильное, что кораллы долгое время (до середи­ны XVIII века) относились исследователями к царству растений. В сущности, деревом яв­ляется, однако, и неприметная для глаза микроскопическая амеба-протей - обычный обитатель пресных водоемов. Целый класс одноклеточных животных, к которому она принадлежит, отнюдь не случайно назван в зоологической систематике Корненожками.

Еще более непривычно утверж­дение, что в каждом из нас сидят и произрастают деревья, но это дей­ствительно так! Самые настоящие деревья пронизывают и охватыва­ют своими многочисленными, ис­тончающимися к периферии вет­вями и корнями всю человеческую плоть, функционируя здесь в принципе так же, как и вышеупо­мянутые деревья-организмы: что-то извлекают из прилежащего суб­страта, что-то отдают ему, а также связывают, производят, разносят. Все основополагающие внутрен­ние системы органов многоклеточ­ных животных (кровеносная, лимфатическая, дыхательная, выдели­тельная, нервная) устроены и дей­ствуют именно таким образом.


кровеносная система1
          Фрагмент кровеносной системы человека

Так, главный элемент централь­ной нервной системы (а она сама по себе в целом есть дерево) - го­ловной мозг - составлен (сконст­руирован) из множества нейронов. Но каждый нейрон в отдельности представляет собой опять-таки (и даже, прежде всего) дерево, разве что в миниатюре. Только потому в гру­ди каждого человека всю жизнь бьется сердце, что оно от рожде­ния насквозь пронизано и охвачено ветвями коронарной артерии. Выходит, что животный организм в конструкционном плане есть не что иное, как система переплетен­ных между собой различных (по выполняемой функции) деревьев, плотно упакованных в ту или иную форму, соответствующую его на­ружному габитусу. И, стало быть, дерево не только сидит в земле, как это соответствует нашему обыден­ному представлению, но еще и хо­дит по ней, а также летает, ползает, плава­ет и, наконец, думает и разумеет. Более того, эмбрион человека связан с материнским организмом посредством так называемого дет­ского места, которое в морфоло­гическом отношении представляет собой тесно переплетенные свои­ми ветвями (равно - корнями) де­ревья: одно идет от матери, другое (встречное) - от плода. Но на та­ком же, в сущности, принципе осно­вано глобальное функционирова­ние всей биосферы! Погруженные в изначально бесплодную горную породу, корневые образования наземных растений извлекают из нее рассеянные и находящиеся в труднодоступной для жизни фор­ме питательные вещества - био­генные химические элементы - и последовательно концентрируют (накапливают) их в приповерхно­стном слое коры выветривания. Интегральная совокупность зеле­ных деревьев («растительность», «растительный покров») морфо­логически и функционально есть не что иное, как хориональный блок биосферы, грандиозный по своим масштабам аналог плацен­ты, который охватывает своей вса­сывающей разветвленной сетью поверхностный слой литосферы (снизу) и атмосферы (свер­ху), так что образуется планетар­ное «детское место», от которого питаются и жизненно зависят все континентальные (биогеоценотические), а в конечном итоге - и океанические формы жизни.


Но ведь и Океан, как это ни странно на первый взгляд, - тоже дерево! Посмотрим внимательно на глобус. Большая часть его поверхности окрашена синим цветом. Но синий не заканчивается у материковой линии. Своими многоветвистыми, изгибающимися и истончающимися к периферии синими корнями (мы их называем реками) океан, как огромный организм, далеко, на тысячи километров, проникает в глубь континентов, охватывая их густой гидрографической сетью, поднимается на самые высокие и крутые горные вершины, где в ледниках поко­ятся внушительные запасы кристаллической воды. Вместе с водой корни океана непрестанно выкачи­вают из континентов биогенные, совершенно необходимые для всякой жизни химические элементы: азот, фо­сфор, калий, кальций, магний, же­лезо и все остальные, включая микроэлементы, которые континентальные организмы извлекают из горной породы и запасают в вехнем слое коры выветривания. В океане эти вещества идут на построе­ние океанических организмов: сна­чала первичных продуцентов органического вещества (фитопланктон), а затем и его потребителей -  консументов различного порядка (зоопланктон, рыбы, морские млекопитающие, прибрежные колониальные птицы, человек). Не следует ли отсюда, что процесс взаимодействия живой и неживой природы (косного веще­ства и биосферы) осуществляется и на глобальном уровне посредством дерева?

бассейн амазонки1

            Реки - корни океана

Приведенных фактов вполне достаточно, чтобы сделать обобщение. Биотическое дерево независимо от его конкретной природы всюду образуется на фоне материально-энергетического потока как стрем­ление жизни упорядочить его для собственных нужд. Исторически сначала в системе «организм - внешняя среда», а затем и внутри организма. Проблема центра и пе­риферии в биоморфологических (функциональных, по терминоло­гии П.К. Анохина) системах, сам процесс их образования и функци­онирования (системогенез) всюду разрешаются посредством дерева. Можно только гадать, как пришли к согласованному "пониманию" этой истины примитивные микро­организмы, которые стали объединяться в древосистемы уже на популяционном уровне! Из лабораторной практики известно, что колонии бактерий, имеющие обычно (при достатке пищи) компактную ок­руглую форму, составленную из множества отдельных особей, на­чинают вдруг интенсивно ветвить­ся от центра к периферии, если они перенесены на обедненную пита­тельную среду. Так ведет себя, на­пример, сенная палочка на сухих и к тому же бедных питательными веществами пластинках агара. Со­вершенно очевидно, что ветвление и в данном случае направлено на максимально возможное увеличе­ние поверхности контакта надорганизменной биоло­гической системы с окружающей средой.


Не это ли обстоятельство при­водит к ветвлению некоторых ор­ганических молекул (например, из класса углеводородов) в про­цессе их полимеризации? Ведь увеличение числа активных точек, несомненно, обеспечивает более эффективное улавливание соот­ветствующих мономеров из окру­жающей «питательной» среды. Не эта ли причина способствует образованию и росту широко рас­пространенных в неживой приро­де кристаллических дендритов (самородные медь, серебро, золо­то; вода, пиролюзит, уранинит, различные сульфиды и т. д.)?
Нынешняя биосфера проник­нута и охвачена теперь еще и ру­котворными (техногенными) де­ревьями: пути сообщения, связь, электрокоммуникации, система трубопроводов, питающая циви­лизацию нефтью, газом, питьевой водой, удаляющая бытовые и про­мышленные стоки. Деревья про­никли в математику, кибернетику, теорию искусственного интеллек­та, теперь вот - в Интернет... Хо­рошо это или плохо для биосфе­ры, не здесь судить. Но разве мог­ло быть иначе? Наша Вселенная изотропна и однородна, везде и всюду в ней действуют одни и те же законы, одна и та же физика.



Subscribe
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 34 comments