Огарок во тьме. Моя жизнь в науке
Шрифт:
Череда конференций Криса Лэнгтона “Искусственная жизнь” продолжалась, как и “Цифровая биота”, другая похожая серия. Сам Крис присутствовал на второй конференции в кембриджском Модлин-колледже в 1996 году; меня пригласили прочесть на ней основной доклад под названием “Взгляд с точки зрения реальной жизни”: то была очевидная попытка “укоренить” компьютерщиков, увлеченно исследующих виртуальные миры, в настоящей биологии. Мне конференция запомнилась главным образом благодаря чудесному экспромту Дугласа Адамса (текст его выступления приведен в книге “Лосось сомнений”) и знакомству со Стивом Грэндом – автором книги “Сотворение: жизнь и как ее создать”, шедевра, равного по масштабам его программе искусственной жизни, Creatures (“Существа”). Тогда же я получил представление об удивительных возможностях виртуальных миров, где “аватары”, ведомые игроками со всего мира, могли бродить среди великолепных замков и дворцов, казино и улиц, построенных и даже охраняемых в рамках общего проекта. Меня завораживают программистские подвиги, стоящие за подобными виртуальными мирами,
147
Когда я уже дописал эту главу, со мной связался Алан Кэнон, виртуозный программист из Кентукки, который вызвался воскресить артроморфную программу и другие программы из “Набора часовщика”, чтобы их можно было запускать на современных компьютерах. Новейшую версию “Набора часовщика” можно скачать здесь: https://sourceforge.net/projects/watchmakersuite. – Прим. автора.
Сотрудничающий ген
В роли текста “Генетической книги мертвых” я представлял скорее генофонд вида, чем геном индивида: это подкрепляет еще одно важнейшее понятие в моем мировоззрении – сотрудничающий ген. Это очевидная, но существенная мысль: с функциональной точки зрения ген бессилен вне контекста других генов из генофонда – то есть других генов, с которыми ему приходится делить огромное количество отдельных тел, распределенных во времени и пространстве. В книге “Расплетая радугу” этому посвящена целая глава под названием “Эгоистическое сотрудничество”, но сама идея предвосхищалась (невзирая на название) уже в “Эгоистичном гене”:
Ген, хорошо сотрудничающий с большинством генов всего остального генофонда, с которыми он имеет шансы встретиться в последовательных телах, будет обладать неким преимуществом. Например, чтобы хищник был эффективным, он должен обладать острыми резцами, кишечником определенного строения, способным переваривать мясо, и многими другими признаками. А эффективному растительноядному нужны плоские перетирающие зубы и гораздо более длинный кишечник с совершенно иным биохимическим механизмом переваривания пищи. В генофонде какого-нибудь растительноядного любой новый ген, который преподнес бы своим обладателям острые плотоядные зубы, не имел бы успеха, и не потому, что плотоядность вообще нечто дурное, но потому, что организм не может эффективно усваивать мясо, если у него нет соответствующей пищеварительной системы. Гены острых плотоядных зубов не несут в себе ничего безусловно отрицательного. Они плохи только в таком генофонде, в котором доминируют гены признаков, связанных с растительноядным типом питания.
Это очень сложная и тонкая идея. Она сложна, потому что “среда” каждого отдельного гена в значительной мере состоит из других генов, каждый из которых сам подвергается отбору, направленному на способность кооперироваться со своей средой из других генов.
Я бы с удовольствием издал новую книгу, под названием “Сотрудничающий ген”, но она слово в слово совпадала бы с “Эгоистичным геном” [148] . Здесь нет никакого противоречия. Эгоистичные гены выживают в определенной среде. Эта среда, конечно, состоит из видимых нам внешних факторов: климат, хищники, паразиты, запасы пищи и прочее. Но еще важнее в среде любого гена – другие гены в генофонде вида, то есть набор генов, с которыми он, вероятно, окажется в общем теле. Изолированный ген не может иметь фенотипических эффектов. Проявляющиеся фенотипические эффекты гена зависят от других генов, присутствующих в организме (в краткосрочной перспективе) или в генофонде (в долгосрочной). В каждом локусе естественный отбор благоприятствует тому аллелю, который сотрудничает с другими генами, раз за разом оказываясь с ними в общих телах – то есть сотрудничает с аллелями в других локусах, которые, в свою очередь, тоже сотрудничают. Сотрудничество – самое главное. В результате в генофондах создаются картели взаимного сотрудничества генов. Если члена одного картеля выдернуть и плюхнуть в другой, к успеху это не приведет. Мое понимание этого важного вопроса сложилось под значительным влиянием исследований школы Э. Б. Форда в Оксфорде. Форд с коллегами показали в экспериментах по гибридизации, что сложные особенности мотыльков распадаются при переносе генов в чужеродный “генетический климат” – генетический климат другого вида. Когда я учился у младшего коллеги Форда, Роберта Крида, эта работа произвела на меня огромное впечатление. Так я излагал это в книге “Расплетая радугу”. Прошу прощения за пространные цитаты, но я не смогу найти слов, чтобы лучше выразить мысль, которую многократно понимали неправильно.
148
Так вышло, что мой коллега и бывший ученик Марк Ридли, чья точка зрения на эволюцию близка к моей, выпустил книгу под названием “Сотрудничающий ген”. По крайней мере, так озаглавлено американское издание. Исходная британская версия называется “Демон Менделя”. – Прим. автора.
Повторю снова: соблазнительно сказать, что “весь гепард” или “вся антилопа” отбираются в качестве “целостной единицы”. Соблазнительно, но поверхностно. А также свидетельствует о некой лености. Ведь для того, чтобы понять реальное положение вещей, требуется дополнительная умственная работа. Гены, программирующие формирование “плотоядных” кишечников, благоденствуют в таком генетическом климате, где уже преобладают гены, которые обусловливают образование “хищных” мозгов (и наоборот). Гены, обусловливающие защитную, маскирующую окраску, процветают в таком генетическом климате, где уже преобладают гены, которые программируют формирование “травоядных” зубов (и наоборот). На свете есть множество самых разных способов поддерживать свое существование. Если привести всего несколько примеров, не выходя за пределы класса млекопитающих, то существует метод
Яснее всего эти доводы можно изложить на уровне отдельных генов. В каждом конкретном локусе отбор, скорее всего, будет благоприятствовать гену, совместимому с генетическим климатом, создаваемым другими генами, – гену, способному выживать в этом климате из поколения в поколение. И поскольку такое утверждение справедливо для любого из генов, составляющих данный климат, – поскольку каждый из них может оказаться частью климата любого другого гена, – в итоге генофонд вида имеет тенденцию сплачиваться в бригаду взаимно совместимых партнеров.
Именно в этом, крайне важном, смысле гены одновременно “эгоистичны” и “сотрудничают”: здесь заложен краеугольный камень того, что в моменты особой самонадеянности я могу назвать своим “мировоззрением”. Это намного более последовательный и глубокий способ мыслить об эволюции сотрудничества, чем вялые натянутые рассуждения об организме как “единице отбора”.
Универсальный дарвинизм
В 1982 году столетие смерти Дарвина отмечали по всему миру – а пышнее всего, наверное, в Кембридже, где юный Чарльз учился богословию, “гулял с Хенслоу” [149] и собирал жуков. Я был весьма польщен, получив приглашение выступить, и темой я избрал “Универсальный дарвинизм”. Мысль моя была в том, что естественный отбор – не только двигатель эволюции у известных нам форм жизни: насколько мы знаем, не существует никакой иной силы, способной фундаментальным образом задавать адаптивную эволюцию. Слово “адаптивная” необходимо в этом предложении. Почти все эволюционные изменения на молекулярном уровне происходят благодаря случайному генетическому дрейфу. Но дрейф не дает функциональную, адаптивную эволюцию. Насколько нам известно и насколько кто бы то ни было может предполагать, лишь естественный отбор способен производить органы, которые работают так, будто были разработаны специально: крылья летают, глаза видят, уши слышат, жала жалят. По крайней мере, так я утверждал. Я подразумевал, что, если мы когда-либо обнаружим жизнь где-то еще во Вселенной, то это будет дарвиновская жизнь, эволюционировавшая по местным аналогам дарвиновских принципов.
149
Джон Хенслоу, профессор Кембриджского университета, оказал сильное влияние на Дарвина. Он вел курс ботаники, а также принимал у себя дома всех студентов последнего курса. Дарвин сначала посещал его лекции, а потом получил приглашение от Хенслоу приходить на его вечера. Вскоре Дарвин стал почти ежедневно совершать прогулки вместе с профессором, так что его так и стали называть – “тем, кто гуляет с Хенслоу”. Благодаря этому ученому Дарвина взяли на борт “Бигля” в качестве натуралиста, и это определило всю его дальнейшую жизнь. Переписка с Хенслоу продолжалась и во время кругосветного плавания.
Мое рассуждение не было логически неуязвимым, но мне оно все еще кажется убедительным. Оно стало моим ответом на вопрос “Во что вы верите, но не можете доказать?” в ежегодной серии Джона Брокмана “Грань”. Ответ сводился к одному тезису: “Никто еще не придумал приемлемой альтернативы естественному отбору”. Должен признать, что в такой формулировке его можно опровергнуть, как только кто-то эту альтернативу придумает. Но ученым дозволено предчувствовать, и в основе моего рассуждения лежало устойчивое предчувствие, что опровержения не обнаружится, не может обнаружиться. Я изложил аргументы, на мой взгляд, неуязвимые в принципе – а не просто на практике – против всех известных альтернатив естественному отбору, особенно ламарковской теории, куда входили “упражнение и неупражнение” и наследование приобретенных свойств. Прежде биологи соглашались с Эрнстом Майром, столетним основателем неодарвинистского синтеза; он считал, что гипотеза Ламарка в целом логична, разве что пасует перед тем, что Томас Гексли назвал бы уродливым фактом: приобретенные характеристики не наследуются. Из представлений Майра следовало, что если бы существовала планета, на которой приобретенные характеристики наследуются, то эволюция на этой планете могла бы следовать принципам Ламарка, и все бы шло отлично. Вот против чего я изо всех сил выступал – кажется, вышло убедительно, и до сих пор никто не опубликовал опровержения.
Хорошо известно, что мышцы, часто используемые для определенной цели, увеличиваются в размерах и лучше служат этой цели. Тягайте штангу, и у вас нарастут мышцы. Ходите босиком, и кожа на ваших стопах огрубеет. Бегайте марафоны, и будете лучше бегать марафоны: ваши сердце, легкие, мышцы ног и многое другое приспособится к этой задаче. Так что на гипотетической планете, где эволюция следует принципам Ламарка, накачанные мышцы, загрубевшие пятки и тренированные легкие передадутся следующим поколениям. Ламарк считал, что улучшения развиваются именно по такому принципу. Обычным возражением становится тот уродливый факт, что приобретенные характеристики не наследуются. Мои возражения были устроены иначе: я отталкивался не от фактов, а от принципов и говорил о трех аспектах.
Во-первых, даже если бы приобретенные характеристики наследовались, принцип упражнения и неупражнения слишком примитивный и ненаправленный, чтобы им можно было объяснить большинство примеров адаптивной эволюции. Хрусталик глаза не промывается текущими сквозь него фотонами. Рост мышц представляет собой довольно редкий пример улучшения, наступающего в результате упражнения. Лишь естественный отбор располагает достаточно тонкими и острыми резцами, способными выточить множество крошечных, искусных эволюционных улучшений, точно направленных на цель. Принцип упражнения и неупражнения слишком примитивен и неуклюж. С другой стороны, любое улучшение, опосредованное генами, – сколь бы ни глубоко запрятанное в клеточной химии тела – служит зерном для мельницы тонкого помола, которой располагает естественный отбор.
Во-вторых, лишь малая часть приобретенных характеристик – улучшения. Да, мышцы растут от упражнения, но большинство частей тела от частого использования уменьшаются и изнашиваются, портятся, зачастую покрываются ямками и шрамами. Избитая мысль: предписанное религиями обрезание на протяжении многих поколений так и не дало никакого эволюционного уменьшения крайней плоти. Ламарковской эволюции пришлось бы привлечь какой-то механизм “отбора”, чтобы выделить немногочисленные улучшения (например, огрубение стоп) из массы ухудшений (например, износа бедренных суставов) – а это звучит очень похоже на дарвиновский отбор!