Как-то, готовясь к одной из лекций на тему происхождения птиц, я наткнулся на весьма любопытную статью 2019 года, посвящённую анализу противостояния концепций "динозаврового" и "текодонтного" происхождения (неофитам в палеонтологии следовало бы знать, что гипотеза независимого, "текодонтного" происхождения птиц господствовала в науке долгое время и была потеснена "динозавровой" лишь в самые последние десятилетия). Авторы обращают внимание, как оппоненты упёрлись рогами, не желая отступать ни на пядь, и поэтому "внутренними" методами эту проблему объективно разрешить довольно сложно - а потому они прибегают к сопоставлению обеих концепций с позиций философии науки (и - спойлер! - приходят к закономерному выводу, что "динозавровая" гипотеза оказывается более предпочтительной, кто бы мог подумать; важно, что они приходят к этому выводу независимым от обычных палеонтологических рассуждений путём).

Мне настолько понравилась сама идея этой работы, что я постарался перевести её для вас на русский язык (осторожно, статья не научно-популярная, а научная!). По-хорошему, подобные статьи следовало бы писать по каждому дискуссионному вопросу; их отсутствие говорит лишь о крайней ограниченности иных исследователей, проспавших курс философии и истории науки и презрительно относящихся ко всем подобным вещам, не ведая, насколько мощный инструмент они могли бы получить в свои руки, отбросив эти предрассудки. Но увы, пока по большей части мы имеем лишь крестовые походы против разума (зачёркнуто) философии в публичном пространстве.

Следовало бы сказать пару слов о методологии, которую избрали авторы для анализа. За основу они взяли идею Имре Лакатоса о соперничестве исследовательских программ, ну и творчески её применили к данному конкретному случаю (как завещал сам автор). Лакатос - знаковая фигура в философии науки; к сожалению, в популярной сфере не настолько известная, как его учитель, великий и ужасный Карл Поппер. Наверное, не найдётся популизатора, который хотя бы тыщу раз за свою карьеру не помянул тот самый принцип; тем показательнее, что попперовские построения ныне являются уже давно "историей истории науки" - они в своё время послужили значительным толчком для развития эпистемологии, но впоследствии были отброшены примерно в той же степени, в какой ныне отброшен классический (догенетический) дарвинизм.

Карл Поппер опубликовал свою знаменитую "Логику научного исследования" в 1934 году, а потом не менее значимые "Открытое общество и его враги" в 1945 и "Нищету историцизма" в 1957. Однако уже в 1962 году Томас Кун в своей "Структуре научных революций" однозначно показал, что Поппер в своих работах рассматривает скорее должный мир науки, чем сущий; _хорошо бы_, чтобы наука развивалась так, как описывает Поппер, но _на деле_ она развивается совсем не так. Позднее, в 1972 году Морис Корнфорт опубликовал разгромную критику антиисторицистких воззрений Поппера под названием "Открытая философия и открытое общество", и уже на этом рассуждения Поппера можно было бы считать окончательно закрытыми (от себя добавлю, что попперовский антиисторицизм в конечном итоге отказывает в научности даже моей родной палеонтологии; палеонтолог-попперианец либо не существует, либо шизофреник - в своём буквальном значении этого слова, то есть "обладающий расщеплённым разумом").

Тогда же, в конце 60-х опубликовал свои ныне уже ставшие классическими работы и Лакатос. В отличие от Куна, он не находился в жёсткой оппозиции с Поппером; напротив, он был его учеником и последователем, а потому не желал ниспровергать своего учителя, а лишь только немного улучшить и дополнить его мысли - даже свою концепцию Лакатос вслед за Поппером также называет фальсификационизмом, только у Поппера в этом случае фальсификационизм "наивный", а у Лакатоса - "утончённый" (sophisticated; читай - "улучшенный"). Вот только он, разбирая по крупицам мысли Поппера, убедительно показал, что ньютонианство (один из классических примеров самой лучшей науки) на практике ничем не отличалось от фрейдизма (классический попперовский пример "ненаучной, неправильной науки") - вся эта хвалёная способность к фальсификации ньютоновских воззрений очевидна для нас лишь сейчас, когда эти самые воззрения давно отброшены в смысле окончательно верных для любых условий; в доэйнштейновскую эпоху ньютоновская теория уже была неоднократно сфальсифицирована (как нам теперь очевидно), но это не помешало ей существовать, а её последователям - спасать её в типичном "фрейдистском" непроверяемом стиле. Если сутью рассуждений Куна, как я указал выше, было то, что наука не развивается по Попперу (но, возможно, было бы хорошо, чтобы она развивалась по нему), то сутью рассуждений Лакатоса оказывается, что, дескать, как же хорошо, что наука не развивается по Попперу - ведь последовательное применение попперовских принципов уничтожает реальную науку вообще на корню; иными словами, наивный фальсификационизм Поппера не просто бесполезен для анализа реального развития науки - он напрямую ей вредит. В этом смысле Лакатос является последователем Поппера не в большей степени, чем Маркс - Гегеля; и в том, и в другом случае понадобилось поставить исходные мысли с головы на ноги, чтобы они начали соответствовать реальности.

Ну а дальше была его концепция исследовательских программ - о том, что оценивать надо не отдельные утверждения на предмет фальсифицируемости, а целые исследовательские программы (то есть огромные комплексы взглядов и гипотез) на предмет прогрессивного или регрессивного сдвига проблем (то есть насколько вообще данная программа _может_ двинуть вперёд наше понимание законов окружающего мира) в данных конкретных условиях (одна и та же программа может вызывать прогрессивный или регрессивный сдвиг в разных исторических условиях, и цель исследователя - катиться на гребне прогрессивного сдвига и ловко спрыгивать с него, как только он становится регрессивным). Подробное изложение этой концепции отняло бы слишком много времени; рекомендую ознакомиться с оригинальной работой Лакатоса "Фальсификация и методология научно-исследовательских программ", она написана довольно лёгким и понятным языком - насколько вообще лёгким языком может быть написана книга по философии.

Впрочем, сейчас, через полвека, даже концепция Лакатоса кажется немного грубоватой, рисующей картину совсем уж крупными мазками. Так, хотя Лакатос и попытался уйти от абсолютного рационализма Поппера, тем не менее он не просто не рассматривал, а откровенно презирал психологические и социологические исследования научной деятельности со свойственным математикам снобизмом по отношению к подобным дисциплинам - а потому недооценивал роль этих факторов. Позднейшие исследователи вскрыли значительное их влияние на рост (или торможение) научного знания; наиболее жёстко и ясно их описал Ричард Левонтин в своей "Биологии как идеологии" в 1991 году.

Так что, когда вам в следующий раз кто-то будет затирать про принцип Поппера, помните, что это взгляды на историю и философию науки почти столетней давности - с тех пор эта дисциплина ускакала далеко вперёд, и уже даже серьёзным опровержениям Поппера исполнилось полвека, а "наивный" фальсификационизм в устах популизаторов давно превратился в "вульгарный". Увы, но именно развитие философии науки на протяжении ХХ века как нельзя лучше показало нищету сциентизма. Перефразируя известное выражение, могу сказать следующее: если после курса философии и истории науки вы бросили заниматься исследованиями - у вас нет сердца; если же не разочаровались в объективности и силе научного знания - у вас нет мозгов. Лакатос по этому поводу рассказывает замечательную историю о д'Аламбере. В XVIII веке математики только-только начали постигать исчисление бесконечно малых и были неприятно удивлены этой штукой: многие положения зарождающегося дифференциального исчисления были противоречивыми и разрушали всю строгость математики, что вызывало у исследователей невероятный ужас. Когда д'Аламбера спросили, как он может заниматься этим, он ответил: "Шагай вперёд и обретёшь веру" (предполагаю, что должно случиться с пятой точкой у иных "защитников науки" в этот момент).

Лакатос завершает другое своё произведение, "Доказательства и опровержения", написанное в форме диалога между учителем и учениками, следующим пассажем:

У ч и т е л ь. <...> Но теперь закроем на данный момент нашу дискуссию; об этой новой стадии мы поговорим в другое время.
С и г м а. Но ведь ничего не установлено. Мы не можем остановиться теперь.
У ч и т е л ь. Сочувствую вам. Эта последняя стадия даст важные источники пищи для нашей дискуссии. Но научное исследование "начинается и кончается проблемами". (Покидает классную комнату).
Б е т а. Но вначале у меня не было проблем! А теперь у меня нет ничего, кроме проблем! (занавес)

Вы всё ещё приходите в науку за ответами? Их тут нет. Я уже давно хожу только за вопросами, и, надеюсь, что постами [https://vk.com/wall-186835865_1517|о бахромчатых складках], [https://vk.com/wall-186835865_1497|о двустворчатых улитках], [https://vk.com/wall-186835865_1488|о рейснеровой нити] или [https://vk.com/wall-186835865_1424|о спермацете кашалота] мне удалось в этом убедить и вас.

Ну а теперь сама статья. В целом, на мой взгляд, она могла быть гораздо лучше: так, в изложении противоборствующих концепций явно чувствуется приверженность авторов одной из них - явление, недопустимое в попытке объективного рассмотрения соперничающих идей (и, что самое неприятное, совершенно бесполезное в данном случае - отбрось авторы свою ангажированность, факты всё равно привели бы их к тому же самому выводу); да и попытка модифицировать учение Лакатоса тоже не пошла на пользу столь краткой работе; впрочем, за идею графического представления развития исследовательских программ авторов можно только похвалить. Я постарался снабдить русский перевод краткими терминологическими комментариями, размещёнными курсивом под звёздочками, для тех, кто совершенно не знаком с рассуждениями Лакатоса; впрочем, для вас самих в любом случае будет гораздо полезнее ознакомиться с ними, сочинения Лакатоса на русском и (для совсем безумцев) на английском я приложил к посту. Английский оригинал (если кому-то некомфортно читать мой кривой перевод) вы также найдёте в прикреплённых файлах.

Довелось мне тут послушать доклады на одной школьной конференции, а конкретно - на её "полевой" части биологической секции. В основном, конечно, была стандартная скукотища а-ля "мы измерили концентрацию тяжёлых металлов в ближайшем пруду и поняли, что всем там скоро придёт пушной зверёк", но одна работа меня приятно удивила - настолько, что я даже перескажу её вам.

Это работа за авторством Антона Агапова, девятиклассника из Дубны (в приложенном сборнике тезисов она идёт самой первой), посвящённая изучению стабилиментов в паутине паука-осы (Argiope bruennichi). Это крупный и легко узнаваемый паук, прежде широко распространённый в Черноземье и южнее, а ныне, благодаря глобальному потеплению, ставший частым гостем и в Подмосковье.

Стабилименты - это широкие зигзагообразные нити, которые паук зачем-то вплетает в свою паутину. Когда их только описали, то думали, что они могут повышать прочность сети (отсюда и название), однако впоследствии оказалось, что эти полоски довольно слабо приклеены к основной части паутины, а потому никакой механической нагрузки выдержать не способны; с тех пор арахнологи спорят об истинном предназначении стабилиментов и пока не пришли к единому мнению.

Стабилименты в сети паука-осы бывают двух видов: образующие подобие круга или овала (как на фото) и прямые, состоящие только из одного вертикального зигзага. Автор выдвигает оригинальную идею: а что если стабилименты - это попытка паука замаскировать паутину под окружающую растительность? Прямой стабилимент изображает вертикально стоящую травинку, округлый - шаровидное "распушившееся" соцветие какого-нибудь сложноцветного. В защиту этой позиции он приводит следующие доводы.

Действительно, даже в человеческих глазах "круглый" стабилимент издалека напоминает соцветие, а как быть с глазами насекомых, ведь именно на них рассчитана эта штука? Многие травинки и соцветия довольно хорошо отражают ультрафиолет; и вот оказалось, что обычная паутина совершенно незаметна в ультрафиолетовом свете, в то время как стабилимент светится ровно так же, как травинка. Насекомые прекрасно видят ультрафиолет, поэтому в их глазах сходство стабилиментов с окружающей растительностью будет ещё более близким, чем в наших.

Следующий тезис потребовал уже более тщательной проверки. Паук-оса добывает различных насекомых; и в исследовании все насекомые делятся на "летающих" (например, мухи) и "прыгающих" (например, кобылки). Дело в том, что поведение этих групп насекомых будет диаметрально противоположным: прыгающие насекомые перед прыжком "прицеливаются", чтобы приземлиться на травинку, летающие же будут стремиться травинки облетать. И вот, проанализировав более 300 сетей, содержащих добычу, автор обнаружил следующее: прыгающие насекомые в основном влипают именно в ту часть сети, которая скрывается под стабилиментом (то есть они действительно хотели приземлиться на "травинку"), а летающие - в ту часть, что от стабилимента свободна (то есть они пытались обогнуть "травинку" и не заметили тонкой сети сбоку).

Конечно, эта работа требует ещё более аккуратной работы со статистикой, и всё такое, но, как мне кажется, после некоторой чисто косметической доработки её вполне можно было бы опубликовать в нормальном научном журнале. А ещё эта работа вскрыла разом несколько проблем науки на разных уровнях.

Во-первых, она обладает всеми типичными признаками фундаментальной науки: с одной стороны, она очень интересна (мы же правда не знали, за каким чёртом паук плетёт эти свои зигзаги, а тут такое красивое объяснение), с другой, она абсолютно бесполезна (ну узнали, и что нам теперь с этим знанием делать?). Можно долго спорить, а нужна ли нам вообще наука без предполагаемого практического выхлопа (вместо того, чтобы спорить, я лишний раз напомню историю об [https://vk.com/engbiology?w=wall-186835865_2073|одной английской девочке], ставшей японской богиней, - она ведь тоже водоросли изучала, просто потому что ей было это интересно), но я не могу не отметить тот факт, что все прочие работы в нашей секции содержали практическое обоснование - и все они были унылы, скучны и сделаны практически под копирку. Я не хочу сказать, что они были прям уж дурными - нет, провести экомониторинг близлежащего пруда тоже может быть полезным во многих отношениях, но только этому докладчику удалось в своей работе ухватить дух _настоящей науки_ - пусть в первом приближении бесполезной, но невероятно интересной и красивой.

Во-вторых, эта работа показывает, что для серьёзного исследования вовсе необязательно иметь огромную лабораторию с дорогущими реактивами, сложными приборами и мощными компьютерами. Пока другие участники корпели в лабораториях над спектрометрами, пытаясь разглядеть тяжёлые металлы, этот исследователь просто гулял по лугу и рисовал схемы сетей на листе бумаги. Даже фундаментальная наука вовсе не обязана быть сложной, а уж "школьная" наука - тем более (ведь обсуждаемое исследование не просто сделал школьник - его в силах воспроизвести и любой другой школьник, никакого специального оснащения ему не потребуется). И это лишний раз показывает, что когда вы занимаетесь наукой, то ваш главный ограничитель - это не бюджет, выделенный на оснащение лаборатории, а ваше собственное воображение.

В-третьих, эта работа наглядно демонстрирует, что главный залог успешного исследования - это свободное творчество (по-настоящему свободное). Я не знаю, какой разговор имел Антон со своим научным руководителем перед началом работы, но я представляю, какие разговоры были у остальных участников. "Проведи экомониторинг этого пруда, это беспроигрышный вариант", "Сделай учёт биоразнообразия этого леса, отлично сработает". И оно работает, но это работа ремесленника, а не творца - ещё раз повторюсь, работа тоже нужная и важная, но это немного не то, что мы обычно называем наукой.

Пожалуйста, не гонитесь за актуальностью, технологической сложностью, беспроигрышностью. Воспринимайте науку не как монотонную работу у станка, а как нечто сродни писанию стихов или рисованию картин. И только в этом случае у вас и ваших подопечных получится делать действительно хорошие работы.

Вот вам на послушать на майские праздники.

В феврале этого года на "Звезде" в радиопередаче "Область знаний" вышло пять выпусков с моим участием. Собственно, почему бы не выложить их здесь?

Радио, как мне кажется, самый сложный формат для научпопа. Иной раз так хочется показать какую-нибудь картинку или схему, ведь лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать... Но нет - изволь рассказывать буквально на пальцах, только ещё даже и пальцы показать не сможешь. Ну и, конечно, нельзя закатить лекцию на полтора часа, все же уснут, даже самые долгие радиопередачи длятся гораздо меньше.

Это не первое моё выступление на радио - я уже неоднократно выступал в "О животных с Иваном Затевахиным" на Радио России ([https://vk.com/engbiology?w=wall-186835865_1278|раз], [https://vk.com/engbiology?w=wall-186835865_1394|два], [https://vk.com/engbiology?w=wall-186835865_1590|три и четыре]), но там был диалог с ведущим, а тут - прям-таки лекция, пусть и всего на четверть часа.

Так что вот вам серия коротеньких зарисовок из области палеонтологии и физиологии животных. Часть этой информации я уже рассказывал в своих "больших" лекциях и постах, но пусть будет и в таком формате.

Скоро лето, а значит, изо всех щелей полезут мухи, комары и прочие летучие твари, не имеющие ни малейшего понятия о личном пространстве. И вот представьте следующую ситуацию: вы видите комара на фоне светлой стены или потолка, пытаетесь его прихлопнуть раз, другой, но он довольно ловок и потому ускользает от ваших рук; тогда вы принимаетесь пристально следить за ним, чтобы улучить момент для смертоносной атаки... И вот через несколько секунд комар внезапно исчезает, вот только что был виден, и уже через мгновение испарился, хотя вы как будто не теряли его из виду, не отводили взгляд! Он не пропал, не спрятался - вы всё ещё слышите его писк, значит, он где-то рядом - где угодно, но не там, где секунду назад вы его видели. Случалась с вами такая ситуация? Со мной - регулярно.

Каким же телепортом обладают насекомые, чтобы так резко и внезапно пропадать из нашего поля зрения? Ведь очевидно же, что нельзя потерять из виду движущуюся тёмную точку на светлом фоне! На самом деле, эти ребята эксплуатируют одну важную особенность нашего зрения. Один из архетипичных образов монстров из сай-фай-хорроров - это чудовище, которое остаётся невидимым, потому что следит за вашим взглядом и каждый раз перемещается так, чтобы оставаться в области слепого пятна вашего глаза. Нетрудно догадаться, что если глаз два, да они к тому же постоянно совершают микродвижения, то задача оставаться невидимым таким способом становится практически невыполнимой. Природа, как обычно, гораздо более изобретательна; слепое пятно - не самая серьёзная уязвимость нашего зрения.

Вот свет прошёл сквозь все камеры и линзы глаза и попал на сетчатку; вот фоторецепторы сетчатки преобразовали свет в нервный импульс; вот нервный импульс побежал по зрительному нерву в мозг; вот он обработался в различных частях мозга... Нетрудно догадаться, что на каждый из этих процессов затрачивается время, но обычно нам кажется, что оно пренебрежимо мало, и потому мы видим мир таким, каков он есть на самом деле. Но так ли мало это время?

Те из вас, кто сдавал на права, должны помнить, что в ПДД в качестве грубой оценки скорости реакции водителя (например, время от обнаружения им препятствия до нажатия на педаль тормоза) полагается одна секунда. Это, вообще говоря, много! Но это время полноценной реакции, то есть человек успевает обдумать увиденное, принять решение, что нужно сделать, и сделать это самое нужное. А сколько времени занимает именно _видение_? Разнообразные опыты показывают, что время восприятия составляет 0,1 с, иными словами, вы должны видеть мир таким, каким он был одну десятую секунды назад. А это много или мало?

Представьте, что вы собираетесь переходить дорогу и осматриваетесь по сторонам, чтобы оценить расстояние до приближающихся автомобилей. Пусть автомобили едут со скоростью 60 км/ч - максимальной разрешённой для города; это почти 17 м/с. За 0,1 с такой автомобиль проедет 1,7 м, то есть он должен быть почти на два метра ближе к вам, чем вам видится! Это уже довольно ощутимое расхождение с реальностью (а представьте, если автомобиль нарушает и едет быстрее?); получается, что даже 0,1 с - это значимая задержка для восприятия реальности. Можете посчитать самостоятельно, как сильно должен смещаться летящий в ворота футбольный мяч или хоккейная шайба относительно восприятия вратаря.

Разумеется, на самом деле никаких промахов мы как будто не совершаем - и вратарь видит мяч в той точке, где он действительно находится, и вы, переходя дорогу, видите автомобили в нужных местах. Всё потому, что на самом деле мы не видим эти предметы - мы их домысливаем там, где они должны быть, исходя из нашего предшествующего опыта. Автомобиль большой и тяжёлый; и когда он несётся по трассе, мы понимаем, что он не может мгновенно развернуться, перескочить на десять метров вперёд или назад или выкинуть ещё какой-нибудь фортель - если он до этого ехал прямо и не выказывал намерения изменить направление движения, то и через 0,1 секунды он продолжит движение прямо, а потому, хотя мы ещё не видим его в нужной точке, мы знаем, что он там должен оказаться, и воображаем его там.

Эта способность не дана нам сразу от рождения - познавая мир, исследуя предметы, их массы, ускорения и прочие параметры, мы учимся предсказывать их будущие траектории движения. Тренировка предсказания траектории мяча или шайбы - одна из важнейших частей подготовки вратарей: чем больше полётов мяча ты видел, тем точнее сможешь предсказать новую траекторию.

Именно такое домысливание вместо реального видения позволяет нам полностью компенсировать задержку настоящего зрения. Но оно же порождает разнообразные зрительные артефакты. Наиболее известными такими артефактами являются многочисленные зрительные иллюзии (это не единственная причина появления иллюзий, но одна из). В физиологии анализаторов есть понятие "инерции репрезентации", обнаруженное в 80-х годах прошлого столетия (Freyd, Finke, 1984). Подопытным предъявляли вращающийся прямоугольник, который в определённый момент времени застывал в вертикальном положении и после этого исчезал; когда людей спрашивали, каково было последнее положение прямоугольника, они утверждали, что он был слегка повернут по ходу движения относительно вертикали. На основании предыдущей траектории вращения наш мозг попросту достраивал грядущее вращение и не был готов к резкой остановке.

В другом классическом эксперименте (Nijhawan, 1994) была вращающаяся палка, центр которой светился постоянным светом, а кончики - мигающим. И вот подопытные утверждали, что им кажется, будто мигающие концы в своём вращении запаздывают относительно центрального участка - так как они были видны не всё время, то у мозга было меньше данных об их траектории, а потому он строил её не так точно.

И вот этим эффектом "домысливания" нашего зрительного восприятия пользуются (совершенно ненамеренно, конечно) быстролетающие насекомые. Траектория полёта комара выглядит довольно хаотичной, насекомое постоянно меняет скорость и направление; нашему мозгу сходу не удаётся увидеть в ней сколь-нибудь предсказуемую закономерность. Поэтому мы видим комара лишь тогда, когда в его полёте минимум хаоса, то есть когда его траектория приобретает вид ломаной с довольно протяжёнными прямыми участками, на которых не слишком сильно изменяется скорость. Но иногда после такого "длинного и равномерного" отрезка комар совершает резкий и быстрый рывок в сторону; наш мозг оказывается не готов к такому развитию событий и ещё целую одну десятую секунды домысливает поганца на продолженной "старой" траектории (как в опытах Фрейд и Финке испытуемые видели наклонённый прямоугольник вместо вертикального). Однако по истечении этого времени комар в ожидаемой точке не обнаруживается - потому что его там никогда и не было, он давно улетел в другом направлении; именно в этот момент мы впадаем в ступор, потому что в нашем восприятии существо буквально растворяется в воздухе (а после материализуется где-то за спиной).

Так что в следующий раз при встрече с комаром, чтобы избежать подобной ошибки восприятия, сразу завязывайте глаза, доставайте из ножен меч и отрубайте этой твари крылья, ориентируясь только на слух. Прямо как истинные самураи.

Кератин - сам по себе белок сравнительно мягкий, но это не мешает делать из него клювы и когти бритвенной остроты, сохраняющие эту остроту постоянно. Как же это удаётся делать животным? Об этом и пойдёт речь в данной статье.

У этого текста довольно странная история происхождения. Как-то ко мне обратился редактор одного из сетевых изданий, где публикуются в том числе и посты научно-популярного характера, и попросил написать для них статью. Я предложил несколько тем на выбор, он согласился на одну из них, а когда я написал и прислал статью, то она была отвергнута со словами "слишком просто написано". Я поинтересовался, а как же тогда по мнению редактора нужно писать, и он прислал мне пример опубликованной у них статьи. Фактология этой статьи была проще и тривиальнее моей, а вот терминология - сложнее. Тогда я решил, что нам с этим редактором не по пути: ведь мне казалось, что научпоп - это "просто о сложном", а не "сложно о простом". Ну а излишне ли просто я пишу - тут уж решать вам. По крайней мере, издания вроде "Вокруг света" не жалуются :)