Трансформация общих энергозатрат в механическую мощность

Отдельная проблема – это трансформация общих энергозатрат в механическую мощность для требуемого режима движения. Здесь важны: умение, тренированность, текущее состояние и т.д., вплоть до случайных факторов (типа камешка под копытом, который сбивает установившийся режим или приводит к травме). Эффективность результирующего превращения энергии существенно различается, хотя КПД превращения химической энергии в механическую (20–25%) примерно постоянная величина (ФЖ). Факт, что у хороших бегунов затраты на пройденное расстояние значительно меньше, чем у других особей (менее способных, подготовленных, тренированных).

Иными словами, заданная активность в абсолютном выражении (как энергопотребление) будет по-разному трансформирована в конечный результат (достигнутую или поддерживаемую скорость, пройденное расстояние или более сложно описываемое воздействие – удар, перемещение, согласование положения предметов) в зависимости от способности, навыка и факторов случайного характера.

Разделение внешних и внутренних затрат

Самостоятельно важный аспект описания – разделение внешних и внутренних затрат при движении. Внутренние затраты дают обеспечение потоков и внутренней механической работы для поддержания внешней механической активности (количественно однородное представление физиологического конструктора) и другой активности организма (по регуляции, преобразованию информации, репарации и восстановительных процессов), а в состоянии покоя (в частности, когда внешней механической активности нет) – поддержание способности организма перейти в состояние активности, когда в ней возникнет потребность.

Перспективы традиционного биофизического подхода

(!) если двигаться по пути последовательного учета всего существенного, то неизбежна необозримость (аналогия с полным физико-химическим описанием фотосинтеза в работе )

При классическом подходе нет перспективы реально полного описания, к тому же неизбежно информационное вырождение в силу невоспроизводимости биологических измерений (часть 1), т.е. сводить к подробному описанию практически нет смысла. Аналогичные примеры вырождения были представлены при описании углекислотной кривой фотосинтеза.

Необходимое дополнение описания

При традиционном биофизическом описании не обсуждают выбор формы и уровня активности в связи с альтернативными вариантами поведения, как в примере со скачками форма активности была изначально определена, а уровень активности, по сути, однозначно следовал из цели (как условия скачек) – необходимости достичь предельного результата по времени забега.

Диапазон реальной активности весьма широк. В частности, общее энергопотребление организма (т.е. общая мощность), как величина, которую удобнее всего измерять (через потребление кислорода) при различной активности изменяется многократно, как и механическая мощность. При максимальной аэробной активности у лошади общее энергопотребление возрастает в 30 раз по сравнению с состоянием покоя (статья). Для мышц аэробное потребление энергии при высокой активности в 100 раз превышает общее энергопотребление в покое (ФЖ). Если добавляется анаэробная активность быстрой мускулатуры, то кратковременно механическая мощность возрастает еще больше в сравнении с максимальной аэробной активностью.

Что заставляет проявлять ту или иную активность в абсолютном выражении (в вырожденном представлении общего энергопотребления) – это еще один важный фактор. В экстремальной ситуации достигаются характеристики, которые недоступны при нормальной жизнедеятельности. Кроме того, возможна разнообразная мотивированность иного рода, проявляемая в зависимости от состояния организма – утомления, здоровья, эмоционального подъема, предварительной разминки и т.д.

Например, для лошади на скачках мотивация к проявлению наблюдаемой активности может быть существенно разной – выработанным рефлексом, доверием к данному наезднику, ожиданием боли в случае неудачного результата, поощрения в случае удачи и т.д.

Формы проявления такой общей активности также весьма разнообразны, в частности, одно и то же животное способно проявлять множество типов и разновидностей движения.

Таким образом, уравнение можно поправить, но оно одно (в силу низкой информативности измерений) не дает систематической основы для изучения поведения животных /получения ответов + оснований для выбора модели

Получение пищи животному дает внешняя активность (вместе с сопровождающей внутренней) – поиск пищи, ее добывание, защита от прямых угроз разного рода, страхование жизнедеятельности от потенциальных угроз.

Применительно к внешней активности прямая реализация подхода части 1 (как способа выразить эффект действия и затраты в зависимости от параметров) практически исключена, даже если описываемое действие животного непосредственно приводит к получению пищи (как для растения это дает фотосинтез).

Более того, как следует из наблюдений, для животных нет основания считать, что локальная цель наблюдаемого поведения предопределена локальной ситуацией. Например, по факту на угрозу можно наблюдать разнообразие реакций паническую, активный уход, обманное поведение, противодействие и даже попытку использовать предельно конструктивно. Причем чем больше интервал от проявления некоторого актуального фактора до необходимости непосредственно реагировать на него, тем разнообразнее наблюдаемые реакции.

В зависимости от ситуации животными используется очень широкий спектр возможностей (в примере выше они отражены лишь частично), т.е. разного рода инструментов механической и химической активности вместе с информационными технологиями (получения информации, ее обработки, превращения и регуляции) в сложных комбинациях. Не только классический подход, но и подход части 1 (с широкими возможностями редукции описания, представлении зависимостей на языке типовых свойств, предложенное решение проблемы соизмерения) оказывается недостаточным. Если эффект и затраты пытаться выражать непосредственно, то практически необозрим список параметров и трудно определить хотя бы/даже типовые свойства зависимостей эффекта и затрат от них (как выше с разбегом).

Кроме того,

получение пищи – не единственно необходимое условие нормальной жизнедеятельности.

Для животных большое количество действий не приводит непосредственно к получению пищи. Например, для травоядного животного как потенциальной жертвы хищника многие действия продиктованы необходимостью максимально уменьшить прямую опасность для жизни в связи с преследованием хищника.

Эффект поведения как исключения опасности при нападении описывать сложно, т.к. он во многом влияет на безопасность косвенно, исключая действия в момент нападения. Но и в момент прямой угрозы трудно предложить какое-либо адекватное математическое описание в явном виде. Формально вроде бы эффект действий животного просто выразить, если оно гибнет, представляя это как обращение в нуль некоторой характеристики жизнедеятельности. Но реально описывать гибель жертвы в такой форме – это уже редукция адекватного описания. Действия жертвы, приведшие к гибели и предшествующие им, могут быть в различной мере рациональными. Казалось бы затраты всегда можно представить как наблюдаемое энергопотребление, но и с этим сложности, в частности, при измерениях. Если представлять энергопотребление как анаэробное (измеряемое по потреблению кислорода организмом), то невозможно установить разделение между органами, а, кроме того, в критических ситуациях важное или даже решающее значение имеет анаэробное энергопотребление, при измерениях представляемое как выделение молочной кислоты, которое гораздо сложнее измерять. В этом варианте энергопотребления также практически невозможно разделить затраты между органами. Кроме того, сложно выразить отсроченные затраты, которые могут быть важнее текущих затрат (особенно при ранении и повреждении органов и систем).

А главное, эффект и затраты при нападении существенно зависят от непрямого информационного взаимодействия поведения участников (причем, зачастую, это взаимодействие гораздо сложнее, чем взаимодействие в паре хищник-жертва) и других особенностей исходной/сложившейся ситуации. По сути, происходит диалог между хищником и жертвой: если жертве удается быстро убедить хищника, что ситуация неподходящая (т.е. им был сделан ошибочный выбор), то для нее затраты малы.

+характерно и наблюдается разнообразие ситуаций и разнообразие вариантов поведения жертвы в заданной ситуации (в каждой разный диалог). например, если имеет место альтруистическое поведение по неизбежности (самка спасает детеныша, нужно увести от него хищника) и/или расчету (сильная, уверенная в себе особь отвлекает хищника от более слабого – хотя рискует в любом случае).

Разнообразие вариантов отношения к ограничениям

Разнообразие реакций на ограничения в данном случае означает потенциальное разнообразие вариантов выбора (как экономически целесообразного), реализуемое в любой конкретной ситуации в зависимости от набора умений и материальной поддержки их реализации:

«избежать»

(П) на скачках: не пытаться выиграть у соперника (или соперников), признаваемых сильными, экономить силы

«принять»

(П) на скачках: пытаться победить без учета поведения конкурентов

(К) самый близкий вариант примеру с растением

«противостоять»

(П) на скачках: напрячь все силы и мобилизовать ресурсы, чтобы обойти конкурентов (обратная сторона – при проигрыше наибольшие потери)

«перенаправить»

(П) на скачках: «темная лошадка», предоставить конкурентам выяснять отношения, как бы выйдя из борьбы; а когда кажущийся победитель и остальные участники расслабятся (экономя физические и моральные силы для дальнейших забегов), обойти их

как вариант (трактовка): обман (блеф) – нельзя использовать часто (П)…

сюжет для задания: статистическое обоснование целесообразности и ограничения в конкретной важной ситуации – поведенческой или игровой (в последнем случае – по согласованию с лектором = как чисто статистическая задача в данном курсе неинтересна)

«выждать»

(П) на скачках: наблюдать за ситуацией, сохраняя возможность ее изменить

«слияние»

(П) на скачках: сильнейший (или любой) участник имеет повод попробовать новые режимы управления собой и ситуацией в зависимости от поведения конкурентов = выигрыш не является главной/единственной целью, т.е. можно позволить себе проиграть, если выигрыш обходится слишком дорого и/или если есть более позитивная альтернатива ему

При этом очевидно важен физический потенциал участников и их квалификация по обращению с ним. В зависимости от квалификации всех участников (включая физически отсутствующих или не имеющих прямого механизма воздействия в событиях данного момента) целесообразно совершенно разное поведение. В конфигурации, когда в длительной перспективе активен неопытный хозяин лошади (считающий, что купленная им лошадь должна побеждать на любых скачках) независимо от квалификации всадника и лошади рациональна экономия сил (лошади и всадника), и соответственно проигрыш в соревновании с близкими по силе соперниками. Такой хозяин рано или поздно загонит любую лошадь, если его отношение к оценке результата не изменится. Всадник в этом случае также не будет оценен по заслугам. Проигрыш дает основание хозяину изменить свои оценки (пока свежо его восприятие как неопытного) или приведет к смене хозяина (если хозяин, разочарованный в результате, решит расстаться с лошадью и продаст её).

В длительной перспективе есть поведение, позволяющее значительно уменьшить риск возникновения опасных ситуаций и затраты, которые потребуются в таких ситуациях. Даже для объективно безусловно сильнейшей лошади в забеге есть задача выиграть скачки с минимальными (или вполне приемлемыми) затратами, чтобы сохранить силы для дальнейших испытаний.

К критическим и любым другим ситуациям можно готовиться заблаговременно, причем с различных позиций – индивидуально и коллективно, ориентируясь на различную активность, стратегию, тактику и т.д.

(И) игровая стратегия выхода на первый стол в последних турах при турнирной системе, когда каждый тур на одном столе соревнуются участники, набравшие равное или близкое количество игровых очков

Если так трудно анализировать даже относительно редуцированные ситуации,

тем более, если взять шире.

В прямой конкуренции (соревновании) можно участвовать разно (пропустить соперника, обмануть, удерживать преимущество и т.д.)

В защите и страховании – также разно (провоцировать хищника, проверить опасные места, вывести на опасность)

Следствие: в заданных условиях в принципе реализуемо/возможно большое разнообразие вариантов поведения и по факту есть основание считать, что реакция непредсказуема (причем очевидна целесообразность такой реакции – для популяции, в противостоянии целенаправленному агрессивному внешнему поведению и т.д.)