Глаз разума

Хофштадтер Даглас Р.

Итак, мы получили большое количество идентичных копий. Но теперь пора вспомнить о важном свойстве процесса самовоспроизводства: он не совершенен. В нем случаются ошибки. Я надеюсь, что в этой книге нет опечаток; однако, если вы как следует поищете, вы можете обнаружить одну или две. Скорее всего, они не сильно изменят значение предложения, поскольку будут ошибками “первого поколения”. Но вообразите, что происходило до изобретения книгопечатания, когда такие книги, как Евангелия, переписывались от руки. Какими бы аккуратными они ни были, все писцы обязательно делали по несколько ошибок, а некоторые из них не останавливались и перед небольшим сознательным “улучшением”. Если бы все они списывали с одного основного списка, значение не было бы серьезно искажено. Но если списки делались с других списков, а те, в свою очередь, с более ранних манускриптов, ошибки начинали накапливаться и становиться все более серьезными. Мы считаем, что неверное копирование — это плохо, и в случае с человеческими

документами трудно придумать пример, в котором ошибка улучшала бы текст. Думаю, что ученые седьмого века по крайней мере положили начало чему-то великому, когда ошибочно перевели “молодая женщина” греческим термином, обозначавшим “девственница”. Результатом явился текст пророчества: “Девственница понесет и родит сына…” Так или иначе, мы увидим, что ошибочное копирование в биологическом самовоспроизводстве может привести к реальному улучшению; более того, для прогрессивной эволюции некоторое количество ошибок было просто необходимо. Мы не знаем, насколько аккуратными были копии первых репликаторов. Их современные потомки, молекулы ДНК, удивительно аккуратны по сравнению с самым лучшим из человеческих процессов воспроизводства, но даже они иногда допускают ошибки, и именно эти ошибки делают эволюцию возможной. Скорее всего, первоначальные репликаторы ошибались гораздо чаще, но в любом случае мы можем быть уверены в том, что ошибки были и что эти ошибки обладали свойством накапливаться.

По мере того, как ошибки совершались и распространялись, первичный бульон наполнялся вариантами реплицирующихся молекул вместо их идентичных копий. Все они произошли от одного и того же “предка”. Были ли некоторые варианты более многочисленными, чем другие? Почти наверняка. Некоторые варианты были изначально устойчивее других. Определенные молекулы, однажды сформировавшись, распадались реже других. Эти типы должны были стать более многочисленными в бульоне, не только в результате прямого логического следствия их “долгожительства”, но также потому, что у них было больше времени на самовоспроизводство. Таким образом, долгоживущие репликаторы начинали преобладать в числе и, при прочих равных, составили бы “эволюционную тенденцию” к более долгому существованию в популяции молекул.

Однако остальные факторы были, скорее всего, не одинаковыми, и другой особенностью варианта репликатора, особенностью, которая должна была быть еще важнее в распространении его в популяции, была скорость репликации, или “плодовитость”. Если молекулы репликатора типа А воспроизводились со скоростью одна в неделю, а молекулы репликатора типа Б — со скоростью одна в час, то нетрудно увидеть, что вскоре молекулы типа Б стали бы преобладать над молекулами типа А, даже если те и жили бы намного дольше.

Таким образом, в супе по-видимому присутствовала “эволюционная тенденция” к большей “плодовитости” молекул. Третья характеристика молекул репликатора, которая была бы выбрана, это аккуратность воспроизводства. Если молекулы типа Х и типа У живут одно и то же время и воспроизводятся с одинаковой скоростью, но при этом Х ошибается в каждой десятой копии, в то время как У — только в каждой сотой, очевидно, что У будет более многочисленной. Х в популяции теряет не только своих ошибочных “детей” но и всех их потомков, как действительных, так и возможных.

Если вы уже знаете что-то об эволюции, вы можете увидеть в последнем пункте нечто слегка парадоксальное. Можно ли совместить идею о том, что ошибки копирования — необходимая предпосылка для возникновения и существования эволюции, с тем фактом, что естественный отбор предпочитает точное копирование? Ответ состоит в том, что хотя эволюция, в каком-то туманном смысле, кажется “хорошей штукой” в особенности потому, что ее продукт — это мы сами, на самом деле ничто не “желает” эволюционировать. Эволюция — это нечто, что происходит волей-неволей, вопреки стараниям репликаторов (и сейчас — генов) предотвратить ее. Жак Монод замечательно сказал об этом в своей лекции памяти Герберта Спенсера, после того, как он остроумно заметил: “Еще один интересный аспект эволюции состоит в том, что каждый считает, что понимает ее!”

Вернемся к первичному бульону; он должен был быть населен устойчивыми молекулами в том смысле, что либо индивидуальные молекулы долго существовали, либо они быстро или аккуратно размножались. Эволюционные тенденции к этим трем видам стабильности имели место в следующем смысле: если бы вы взяли две пробы бульона в разное время, более поздняя содержала бы большее количество долгоживущих-плодовитых-аккуратно воспроизводящихся вариантов. Примерно то же самое имеет в виду биолог, говорящий об эволюции живых существ. Принцип здесь один и тот же — естественный отбор.

Должны ли мы, в таком случае, называть первоначальные молекулы-репликаторы “живыми”? Это совершенно все равно. Я мог бы сказать вам: “Дарвин — величайший из когда-либо живших людей”, а вы могли бы ответить: “Нет, Ньютон!”, но я надеюсь, что этот спор не продлился бы долго. Дело в том, что каким бы образом он ни разрешился, это не затронет ничего существенного. Факты жизни и достижений Дарвина и Ньютона останутся совершенно неизменными вне зависимости

от того, назовем ли мы их “великими” или нет. Подобно этому, история молекул-репликаторов, скорее всего, развивалась именно так, как я рассказываю, вне зависимости от того, назовем ли мы их “живыми”. То, что многие из нас не способны понять, что слова — лишь инструменты для нашего пользования, причинило немало страдания людям. Простое присутствие в словаре слова “живой” еще не означает, что оно с необходимостью должно относиться к чему-то определенному в реальном мире. Вне зависимости от того, назовем ли мы ранние репликаторы живыми, они были предками жизни, нашими отцами-основателями.

Следующее важное звено в цепочке аргументов, подчеркнутое самим Дарвином (хотя он говорил не о молекулах, а о животных и растениях), это конкуренция. Первичный бульон не мог “прокормить” бесконечное количество молекул-репликаторов, хотя бы потому, что размеры Земли не бесконечны; были и другие важные ограничивающие факторы. В нашем представлении о репликаторе, действующем как шаблон или матрица, мы полагали, что его окружает бульон, изобилующий маленькими строительными блоками молекул, необходимых для производства копий. Но когда репликаторов стало много, строительные блоки начали использоваться с такой скоростью, что превратились в редкий и ценный ресурс. За них боролись разные типы репликаторов. Мы рассмотрели факторы, которые были способны увеличить число избранных репликаторов. Теперь мы видим, что остальные варианты должны были уменьшиться в числе из-за конкуренции; в конце концов, многие типы молекул прекратили свое существование. Между типами молекул-репликаторов была борьба за существование. Они не знали, что борются, и не волновались по этому поводу. Борьба происходила без больших переживаний — в действительности там вообще не было никаких переживаний. Но борьба, тем не менее, присутствовала — в том смысле, что любая ошибочная репликация, дававшая более высокий уровень стабильности или новое умение уменьшать стабильность соперников, автоматически сохранялась и размножалась. Процесс улучшения был кумулятивным. Пути увеличения собственной стабильности и уменьшения стабильности соперников становились все более сложными и эффективными. Некоторые варианты могли даже “открыть” способ химического разложения молекул-соперниц и использовать освободившийся строительный материал для создания собственных копий. Эти прото-хищники одновременно получали еду и устраняли конкурентов. Другие репликаторы могли научиться защищать себя либо химически, либо путем постройки вокруг себя стены из белков. Возможно, что так и появились первые живые клетки. Теперь репликаторы не просто существовали; они начали строить себе жилища, средства продления жизни. Выживали те репликаторы, которые строили себе механизмы для выживания и в них жили. Первые приспособления для выживания, скорее всего, состояли всего лишь из защитной пленки. Но на свет появлялись все новые варианты репликаторов, лучше приспособленных и обладающих более совершенными приспособлениями для выживания, и борьба за жизнь становилась все ожесточеннее. Механизмы для выживания становились все больше и сложнее, и этот процесс был кумулятивным и прогрессирующим.

Был ли предел постепенному улучшению приемов и приспособлений, которые репликаторы использовали, чтобы обеспечить свое выживание? Времени для улучшения было предостаточно. Какие удивительные механизмы самосохранения могли появиться по прошествии тысячелетий? Какая судьба ожидала первые молекулы-репликаторы спустя четыре миллиарда лет? Они не вымерли, поскольку были первыми мастерами искусства выживания. Но не ищите их в морях; они уже давным-давно отказались от свободного плавания по волнам. Теперь они кишмя кишат в огромных колониях, достигшие безопасности внутри гигантских неуклюжих роботов, защищенные от внешнего мира, сообщающиеся с ним извилистыми сложными путями, воздействующие на него с помощью дистанционного управления. Они находятся в вас и во мне; они создали наше тело и наш разум, и их сохранение — высшая цель нашего существования. Эти репликаторы прошли длинный путь. Теперь они известны под именем генов, и мы — их механизмы для выживания.

* * *

Когда-то в незапамятные времена естественный отбор представлял собой дифференцированное выживание репликаторов, плававших в первичном бульоне. Сейчас естественный отбор предпочитает репликаторов, преуспевших в создании механизмов для выживания, генов, отлично умеющих контролировать эмбриональное развитие. При этом репликаторы так же бессознательны и лишены целенаправленности, как всегда. Как и раньше, продолжают происходить же самые слепые и неотвратимые процессы автоматического отбора среди конкурентов, согласно критериям долгожительства, плодовитости и аккуратности воспроизводства. Гены не обладают даром предвидения. Они не строят планов на будущее. Они просто существуют, и некоторые из них делают это более удачно. В этом и есть весь смысл эволюции. Но качества, определяющие срок жизни гена и его плодовитость, сегодня гораздо сложнее, чем когда-то. Они также прошли долгий путь развития.