Растения - гениальные инженеры природы

В последние годы электронная вычислительная техника добилась больших успехов. Размеры ЭВМ уменьшаются. Одновременно они становятся все более быстродействующими. В современных ЭВМ применение находят мельчайшие ферритовые сердечники. Отверстие в них настолько мало, что сквозь него с трудом проходит человеческий волос. Внешний диаметр сердечников составляет всего одну пятую миллиметра. В углублении самой обыкновенной мятной таблетки, увеличенное изображение которой дано на фото 79, находится более 4 тысяч таких сердечников, которые способны запомнить более 4 тысяч битов информации. Но промышленности этого мало. Были созданы микроскопические ячейки памяти. В центре фото 78 можно видеть небольшую ферритовую плату квадратного сечения. Размеры стороны квадрата 2,5 миллиметра. На этой плохо различаемой простым глазом поверхности укреплены мельчайшие проводники и кремниевые блочные элементы, всего 664 коммутирующих элемента. Поистине ювелирная работа! Каждый комплекс в состоянии нести 64 бита информации. На той же фотографии изображены 24 ферритовых сердечника, каждый диаметром 1,2 миллиметра, использовавшихся в прежних ЭВМ. Один такой сердечник способен запоминать 1 бит информации.

Фото 78. Часть ферритовой матрицы запоминающего устройства с плоской выборкой информации (сильно увеличено). В действительности размер ферритового сердечника равен всего 1,2 миллиметра. В центре фотографии для сравнения помещен элемент памяти современной ЭВМ.

Фото 79. Снимок позволяет сопоставить размеры мятной таблетки и ферритовых сердечников. В этой небольшой кучке их насчитывается более 4 тысяч штук. Микроскопические размеры сердечников позволяют создать в запоминающем устройстве ЭВМ большое число ячеек памяти.

Появление нового поколения ЭВМ связано с широким внедрением микроэлектроники, бурному развитию которой способствовал прогресс в области космических исследований. Размеры неудобных и громоздких прежде установок в последние годы существенно уменьшились. И все же современная электронно-вычислительная машина, состоящая не только из оперативного запоминающего устройства, но также систем ввода и вывода, дополнительных блоков памяти и другой аппаратуры, занимает довольно большое пространство (фото 80). Однако количество ячеек памяти в ней огромно. В зависимости от конструкции центральное устройство может регистрировать от 50 тысяч до 2 миллионов битов. Для техники это исключительно высокий показатель. Представляется невероятным, что на столь небольшом пространстве возможно было бы разместить еще более значительный объем информации.

Фото 80. Так выглядит помещение, в котором установлена современная ЭВМ. На переднем крае справа — основное оперативное запоминающее устройство. В зависимости от конструкции в нем может быть размещено от 50 тысяч до 2 миллионов ячеек памяти.

Имея в виду все сказанное, можно предположить, что в области создания накопителей информации человек обошел природу. Для подтверждения (а быть может, опровержения?) подобного допущения попытаемся найти аналогичные устройства в растительном мире. Сделать это будет нетрудно, поскольку мы сталкиваемся с ними каждый день, правда, не на лоне природы, поскольку в большинстве своем мы городские жители. Но тем не менее из повседневной жизни мы знакомы и с зерном, из которого изготовляют наш хлеб, и горчичным семенем, делающим столь пикантными паши колбасы, и, наконец, с маком, которым обсыпаются наши любимые булки. Иными словами, речь идет о семенах растений. В каждом из семян содержится подробнейшая информация о внешней форме растения, которому следует появиться из него. В нем хранятся подробные данные о величине, окраске и форме листьев и цветков, а также информация о том, как следует реагировать растению на холод или тепло, кислую или известковую почву, нехватку или избыток влаги, свет или его отсутствие.

Давайте немного посчитаем вместе и попытаемся определить, какое количество битов информации потребуется для того, чтобы запрограммировать с помощью технической ЭВМ только одну окраску цветка любого растения. Сделать это точно практически невозможно. Тем не менее даже приближенный анализ покажет, в чем, собственно, заключается проблема. Нам хорошо известно, что все оттенки цвета получаются за счет комбинирования трех основных цветов: синего, зеленого и красного. Плотность того или иного оттенка определяется содержанием каждого из трех компонентов в их общей смеси. Чтобы упростить наши расчеты, допустим, что содержание каждого из основных цветов будет изменяться на 1 процент. В реальной действительности этого нет, ибо комбинации могут быть самыми различными. Наше допущение означает, что в одной комбинации доля синего цвета будет равна 1 проценту, в другой — 2 процентам, в третьей — 3 процентам и так далее до тех пор, пока доля синего цвета не составит 100 процентов. Те же самые соотношения справедливы для двух остальных основных цветов. Даже при столь грубом упрощении в сумме получается около 5151 оттенка цвета. Для того чтобы заложить в память ЭВМ любую из этих цветных комбинаций, необходимо иметь 13 ячеек памяти. Кроме того, еще 10 ячеек потребуется для запоминания информации, из которой вытекает, что здесь речь идет именно о цвете, а не о чем-то другом. Нужна также информация о величине, форме, жесткости или каком-либо еще отличительном признаке из тысячи других. Как видим, только для «запоминания» машиной окраски цветка требуется 23 ячейки памяти. Далее, говоря о цвете, важно установить, а что, собственно, должно быть окрашено в растении: корни, стебель, листья, плоды или цветок. Исключительно сложно в данном случае ответить на вопрос о количестве битов информации, необходимых для хранения в «памяти» растения этих сведений. Будем руководствоваться тем, что у растения возможными объектами окрашивания являются 24 вида растительной ткани. Таким образом, нам нужны еще 5 запоминающих элементов. В целом же только для хранения информации о цвете уже необходимо иметь 28 таких элементов. Если мы выберем цветок с тройной окраской (например, у очень скромного по расцветке цветка маргаритки корзинка желтая, лепестки в целом белые, а их кончики розоватые), то число требуемых ячеек памяти увеличится до 84 (3х28). Столь же важна информация о том, как протекает изменение окраски, во-первых, на протяжении всей жизни цветка вообще, во-вторых, в зависимости от уровня освещенности, в-третьих, в зависимости от колебания температуры окружающей среды, в-четвертых, в зависимости от содержания минеральных веществ в почве и так далее и тому подобное. Предположим далее, что для наших расчетов будут иметь силу только эти 4 фактора и что в зависимости от эффективности их воздействия наша цветовая шкала, насчитывающая 5151 оттенок цвета, может изменяться не более чем на 500 дополнительных оттенков. Это потребует запрограммировать дополнительно 6 тысяч вариантов (3x4x500), на что понадобится 13 ячеек памяти. Что касается каждого из четырех факторов воздействия, то чрезвычайно важно знать, какой из многих тысяч химических и физических показателей здесь вообще имеется в виду. В этой связи на каждый цвет необходимо иметь 40 ячеек, а всего — 120. Становится очевидным, что для помещения в вычислительную машину всей необходимой информации о раскраске цветка требуется 217 ячеек памяти. И это только для части самой элементарной информации, касающейся будущего растения.

У кого не отпало желание продолжать вычисления и кто обладает навыками и знаниями в области электронной обработки информации, тот может аналогичным путем запрограммировать и другие отличительные признаки растения. Вне всякого сомнения, он впадет в отчаяние, решая данную задачу, поскольку сразу же возникнет вопрос об окраске корней, ствола, ветвей, листьев, самых разнообразных шипов, волосков, плодов, семян и т. п. Затем наступит очередь информации, описывающей размеры органов растения, структуры их поверхности, а также множества других характеристик. Одно лишь математическое описание внешней формы дерева, системы ветвления его корней и строения кроны, соотношения между диаметром ствола и толщиной ветвей, точной геометрической формы листьев, почек, цветков, плодов, структуры коры потребует нескольких миллионов бит информации. За описанием внешнего облика растения последует описание внутреннего строения: характера расположения основных тканей в растении, формы, размеров и строения клеток специализированных тканей и так далее. Наконец, нельзя обойтись без данных о химическом составе клеточного сока, о процессах роста и развития растения, об их поведении во всех возможных взаимосвязях с окружающей средой, о способе и времени размножения.