Слепой часовщик. Как эволюция доказывает отсутствие замысла во Вселенной
Шрифт:
Во-первых, отсюда следует, что в выгодном положении оказывались гены, способные “сотрудничать” с теми другими генами, встретить которые в условиях, благоприятствующих сотрудничеству, было в большой степени вероятно. Главным образом, хотя и не только, это относится к генам в пределах одного и того же вида, поскольку в этом случае генам часто приходилось встречаться друг с другом в клетках. Так началось постепенное формирование “бригад”, образованных сотрудничающими друг с другом генами, совместная деятельность которых привела в конечном итоге к возникновению организмов как таковых. Индивидуальный организм — это крупное транспортное средство или “машина выживания”, построенная кооперативом генов во имя сохранения копий всех членов этого кооператива. Гены сотрудничают друг с другом, потому что все они нацелены на один и тот же результат — выживание и размножение общего организма, — а еще потому, что все они составляют друг для друга важную часть той среды, где каждый из них подвергается действию естественного отбора.
Во-вторых, обстоятельства не всегда располагают к сотрудничеству. В своем движении сквозь геологические эпохи гены могут
Эта глава была непростой, однако включить ее в книгу было необходимо. Иначе мы остались бы с ощущением, что естественный отбор — процесс исключительно деструктивный, ну или в лучшем случае “подчищающий”. Здесь же мы рассмотрели два способа, с помощью которых естественный отбор может превращаться в созидательную силу. Один из этих способов связан с сотрудничеством генов в рамках одного биологического вида. Наша главная посылка остается прежней: гены — это “эгоистичные” объекты, стремящиеся к своему собственному распространению в генофонде вида. Но в связи с тем, что окружение гена в значительнейшей степени состоит из других генов, также подверженных действию отбора в том же самом генофонде, в выигрыше окажутся гены, способные кооперироваться с другими генами своего генофонда. Вот почему возникли огромные организмы, состоящие из клеток, слаженно работающих для достижения общих целей. Вот почему репликаторы располагаются внутри этих организмов, а не борются друг с другом, как в прежние времена, барахтаясь в первичном бульоне.
Живые организмы смогли выработать у себя такие свойства, как целостность и согласованность, благодаря тому что отбор генов происходит в среде, создаваемой другими генами в пределах того же самого вида. Но в формирование этой среды также вносят свой вклад и гены других видов, что приводит к развертыванию гонки вооружений. А гонка вооружений — это еще одна мощная сила, движущая эволюцию в направлении того, что мы воспринимаем как “передовые”, сложные “изобретения”. Гонки вооружений обладают свойством, которое ощущается как некая “необузданность”. Их стремительный галоп в будущее выглядит, с одной стороны, бесцельным и тщетным, а с другой, напротив, кажется прогрессивным и приводит нас, наблюдателей, в нескончаемое восхищение. В следующей главе мы рассмотрим особый, и довольно специфический, тип взрывной, необузданной эволюции — то, что Дарвин называл половым отбором.
Глава 8
Взрывы и спирали
Человеческий разум — заядлый любитель аналогий. Нас непреодолимо тянет видеть смысл в незначительных сходствах между совершенно разными явлениями. В Панаме я почти целый день провел, наблюдая за дракой двух огромных колоний муравьев-листорезов, и, глядя на усеянное оторванными конечностями поле брани, невольно вспоминал виденные мною фотографии битвы при Ипре. Мне почти что слышалось грохотание пушек и мерещился запах дыма. Вскоре после выхода моей первой книги “Эгоистичный ген” ко мне независимо друг от друга обратились два священника, оба пришедшие к одной и той же аналогии между изложенными в этой книге идеями и доктриной первородного греха. Дарвин применял понятие “эволюция” исключительно к изменениям формы тела живых организмов на протяжении бессчетного числа поколений. А его последователи испытывали искушение видеть эволюцию во всем: в преобразованиях вселенной, в сменяющих друг друга “ступенях” развития человеческой цивилизации, в моде на длинные и короткие юбки. Порой такие аналогии бывают необычайно плодотворны, но они могут завести слишком далеко. Кроме того, можно чересчур увлечься аналогией настолько несущественной, что она будет не просто бесполезна, но и откровенно вредна. Я уже привык регулярно получать письма от всяких чудаков и знаю, что один из признаков пустого чудачества — чрезмерное увлечение аналогиями.
Впрочем, некоторые из величайших научных достижений появились благодаря тому, что кто-то умный заметил сходство между уже известным предметом и чем-то пока еще плохо изученным. Главное — удерживать равновесие между излишней неразборчивостью в проведении параллелей, с одной стороны, и полной слепотой по отношению к продуктивным аналогиям — с другой. Успешный ученый и несущий околесицу чудак отличаются друг от друга качеством того, что их вдохновляет. Но я подозреваю, что в действительности это означает разницу в умении не столько замечать аналогии, сколько отвергать дурацкие аналогии и развивать полезные. Давайте оставим без внимания только что возникшую аналогию — дурацкую или плодотворную, но уж точно не оригинальную —
Интересующее нас свойство взрывов — это то, что инженеры называют “положительной обратной связью”. Понять, что это за штука, проще всего в сравнении с ее противоположностью — отрицательной обратной связью. Отрицательная обратная связь лежит в основе большинства систем автоматического контроля и регуляции. Одним из самых наглядных и широко известных ее образцов может послужить уаттовский регулятор подачи пара. Чтобы двигатель был пригодным в использовании, он должен обеспечивать постоянную скорость вращения — ту самую, которая необходима для совершаемой работы, будь то молотьба, ткачество, накачка воды насосом или что угодно еще. До Уатта существовала трудность: скорость вращения зависела от давления пара. Подогрейте котел, и тем самым вы ускорите двигатель — не слишком удобно для мельницы или ткацкого станка, требующих единообразной работы привода для своих механизмов. Регулятор, изобретенный Уаттом, — это клапан, автоматически контролирующий подачу пара к поршню.
Хитроумная уловка заключалась в том, чтобы связать этот клапан с вращательным движением самого двигателя, причем так: чем выше частота оборотов, тем сильнее клапан перекрывает подачу пара. И наоборот, чем медленнее работает двигатель, тем шире открывается клапан. Следовательно, медленно работающий двигатель вскоре разгоняется, а двигатель, работающий слишком быстро, — замедляется. Способ, с помощью которого регулятор измеряет скорость вращения, прост и эффективен и используется до сих пор. Два рычага, закрепленные на шарнирах и с шарами на свободных концах, вращаются, приводимые в движение оборотами двигателя. Когда вращение ускоряется, шары поднимаются вверх благодаря центробежной силе. А при медленном вращении они опускаются. Рычаги присоединены непосредственно к подающей пар заслонке. Хорошо отлаженный уаттовский регулятор способен поддерживать частоту оборотов двигателя практически постоянной, несмотря на значительные перепады температур в топке.
В основе работы уаттовского регулятора лежит принцип отрицательной обратной связи. Результат работы двигателя (в данном случае вращательное движение) влияет на нее же (посредством воздействия на клапан). Эта обратная связь отрицательная, поскольку большой выход (быстрое вращение шаров) сказывается на входе (подаче пара) отрицательным образом. И наоборот, низкая результативность (медленное вращение шаров) усиливает подачу пара, опять меняя знак на противоположный. Но я объясняю, что такое отрицательная обратная связь, только чтобы показать, чем она отличается от положительной обратной связи. Давайте возьмем разработанный Уаттом регулятор и подвергнем его одному существенному преобразованию: изменим характер отношений между нашим центробежным устройством и клапаном подачи пара с точностью до наоборот. Теперь, когда шары разгоняются, клапан, вместо того чтобы закрываться, как это было в изобретении Уатта, открывается. Ну а когда шары вращаются медленно, то клапан вместо того, чтобы усиливать подачу пара, уменьшает ее. Если нормальный уаттовский двигатель начнет замедляться, то вскоре он скорректирует эту тенденцию и вновь разгонится до необходимой скорости. Однако наш подправленный двигатель будет делать нечто диаметрально противоположное. Начав замедляться, он будет замедляться еще больше, пока сам не перекроет себе пар до полной остановки. Если же такой переделанный двигатель разгонится излишне, то вместо того, чтобы исправить эту погрешность, как сделал бы нормальный уаттовский двигатель, он только увеличит ее. Легкое ускорение будет подкреплено поставленным “шиворот-навыворот” регулятором, и двигатель разгонится еще больше. Это ускорение тоже будет воздействовать на двигатель по принципу положительной обратной связи, что разгонит двигатель и того сильнее. Так будет продолжаться до тех пор, пока не произойдет одно из двух: либо двигатель разлетится на куски от перегрузки и взбесившийся маховик проломит фабричную стену, либо пар иссякнет и двигатель, выйдя на максимальную частоту вращений, перестанет ускоряться.
Если исходный уаттовский регулятор использовал принцип отрицательной обратной связи, то наш вымышленный переделанный регулятор предоставляет нам пример противоположного явления — положительной обратной связи. Процессы, идущие с положительной обратной связью, отличаются непостоянством и безудержностью. Легкие отклонения, стоит им только возникнуть, усиливаются, выходят из-под контроля, и дальше события развиваются по восходящей спирали, приводя или к катастрофе, или к остановке на новом уровне вследствие каких-то иных процессов. Инженеры находят плодотворным объединять целый ряд разнообразных явлений под общим названием “процессы с отрицательной обратной связью”, а другой ряд разнообразных явлений — под общим названием “процессы с положительной обратной связью”. И плодотворно это не только благодаря какой-то туманной качественной аналогии, но и потому, что все эти процессы описываются одними и теми же математическими уравнениями. Для биологов, которые изучают такие явления, как регуляция температуры тела или механизмы насыщения, позволяющие избежать переедания, оказалось полезным позаимствовать у инженеров математику, описывающую процессы с отрицательной обратной связью. Системы с положительной обратной связью используются реже как инженерами, так и живыми организмами, однако предметом данной главы будут именно они.