Слепой часовщик

Докинз Ричард

Глина, ил и камни состоят из крошечных кристаллов. Они обильны на Земле и, вероятно, существовали всегда. Если вы посмотрите на поверхность некоторых видов глины и других полезных ископаемых в растровый электронный микроскоп, то вы увидите удивительный и красивый мир. Кристаллы растут как ряды цветов или кактусов, сады неорганических лепестков роз, крошечные спирали — подобные поперечным срезам сочных кактусов, ощетинившиеся органные трубы, сложные угловые формы, сложенные как в миниатюрном кристаллическом оригами, свёрнутые наросты, подобные мечущимся червям или выжатой зубной пасте. Упорядоченность форм станет даже поразительнее на большем увеличении. На тех уровнях, где уже заметно фактическое положение атомов, можно увидеть, что вся поверхность кристалла, с регулярностью ткацкой машины «разрисована ёлочкой», как твидовая ткань. Но в этом рисунке присутствует жизненно-важный элемент — дефекты. Посреди упорядоченного рисунка «ёлочкой» может быть заплата, идентичная остальному рисунку, но повёрнутая вокруг оси под каким-то углом так, чтобы узор пошёл другом направлении. Или узор может идти в том же самом направлении, но каждый ряд «соскальзывает» на полряда в сторону. Почти все естественные кристаллы имеют дефекты. И как только дефект появился, он скорее

всего будет скопирован, так как последующие слои кристалла строятся по образцу данного. Дефекты могут случаться где угодно на поверхности кристалла. Если вам нравится размышлять о ёмкости для хранения информации (что нравится мне), то вы могли бы представить себе огромное множество различного вида дефектов, которые можно создавать на поверхности кристалла. Вычисления насчёт упаковки Нового Завета в ДНК единственной бактерии могут быть столь же выразительно проделаны и в отношении почти любого кристалла. Чем ДНК превосходит естественные кристаллы — так это наличием средств чтения записанной на ней информации. Абстрагируясь от проблемы считывания, вы можете легко изобрести произвольный код, использующий дефекты атомной структуры кристалла и обозначающий двоичные числа. Тогда вы бы смогли упаковать несколько Новых Заветов в минеральный кристалл размером с булавочную головку. В сущности, именно так музыкальная информация записывается на поверхность лазерного (компакт-) диска, хотя и в большем масштабе. Музыкальные ноты преобразованы компьютером в двоичные числа. С помощью лазера на гладкой и ровной поверхности диска выгравировывается набор крошечных дефектов. Каждая такая выгравированная маленькая дырочка обозначает двоичную 1 (или 0 — это непринципиально). Когда диск проигрывается, то другой лазерный луч «читает» набор дефектов, и специализированный компьютер проигрывателя конвертирует двоичные числа снова в звуковые колебания, которые усиливаются, и их можно слышать.

Хотя сегодня лазерные диски используются главным образом для хранения музыки, вы могли бы упаковывать на один из них всю Британскую энциклопедию и читать её, используя ту же самую лазерную технику. Кристаллические дефекты на атомном уровне гораздо мельче ямок, выгравированных на поверхности лазерного диска, поэтому на кристалл можно в принципе упаковать больше информации на ту же площадь. Молекулы ДНК, чья информационная ёмкость уже произвела на нас впечатление, сами по себе в чём-то подобны кристаллам. Хотя кристаллы глины могли бы теоретически хранить те же самые потрясающие объёмы информации, что и ДНК или лазерные диски, но никто предполагает, что они когда-либо использовались для этого. Предполагаемая роль глины и других минеральных кристаллов состоит в их активности как изначальных «низкотехнологичных» репликаторов, тех самых, которые в конечном счёте были заменены высокотехнологичными ДНК. Они спонтанно формируются в водах нашей планеты без сложных «машин» в которых нуждается ДНК; они спонтанно формируют дефекты, некоторые из которых могут копироваться в последующих слоях кристалла. Если фрагменты такого «дефектного» кристалла позже отломились, мы могли бы представить их в роли «семян» для новых кристаллов, каждый из которых «унаследовал» бы набор «родительских» дефектов.

Таким образом, мы построили умозрительную картину жизни минеральных кристаллов на изначальной Земле, показав некоторые из их свойств — репликации, размножения, наследственности и мутаций, которые необходимы для начала некоей формы нарастающего отбора. Однако всё ещё отсутствует компонент «власти»: особенности репликаторов должны так или иначе влиять на вероятность их собственного копирования. Когда мы говорили про репликаторы абстрактно, мы видели, что их «власть» могла быть следствием некоего прямо присущего им свойства, такого, как «клейкость». На том элементарном уровне, гордое слово «власть» представляется вряд ли оправданным. Я применяю его только из-за того, что оно может стать оправданным на более поздних стадиях эволюции: например, власть ядовитых змеиных зубов над размножением (посредством косвенного влияния на выживание змеи) ДНК, кодирующей зубы. Мы можем предполагать, что безотносительно к тому, были ли изначальные низкотехнологические репликаторы минеральными кристаллами, или они были органическими прямыми предшественниками самой ДНК, осуществляемая ими «власть», была прямой и элементарной, подобной клейкости. Продвинутые рычаги власти, такие, как ядовитый зуб змеи или цветок орхидеи, появились гораздо позже.

Что понятие «власти» могло бы означать в случае глины? Какие побочные свойства глины могли бы повлиять на вероятность распространения именно этой вариации глины в окружающей местности? Глина состоит из химических строительных блоков, таких, как кремневая кислота и ионы металлов, которые растворены в реках, и были ранее «вымыты» этими потоками из камней, находящихся выше по течению. В соответствующих условиях они кристаллизуются из раствора и снова выпадают в осадок, формируя глины. («Поток» в этом случае будет вероятнее всего означать просачивающиеся подземные воды, а не мчащуюся открытую реку. Но я буду для простоты использовать более общее слово «поток».) Будут или нет расти конкретные разновидности кристаллов глины, зависит, помимо прочего, от скорости и структуры течения потока. Но и отложения глины также могут влиять на течение потока. Они делают это непреднамеренно, изменяя уровень, форму и структуру подстилающей поверхности, по которой течёт вода. Рассмотрим вариант глины, у которой оказалось свойство так изменять структуры почвы, что поток ускорится. Следствием этого будет то, что рассматриваемая глина будет снова смыта. Этот вид глины, по определению, не очень «успешен». Другой неуспешной глиной была бы такая, которая изменила бы поток таким образом, что был бы одобрен конкурирующий вариант глины.

Разумеется, мы не предлагаем, что глины «хотят» продолжить существование. Мы всегда обсуждаем только побочные последствия, события, следующие из свойств репликатора, которыми он случайно обладает. Рассмотрим другой вариант глины. Этот вариант замедляет поток таким образом, что последующее осаждение именно этого вида глины будет увеличено. Очевидно, что этот второй вариант будет постепенно становиться широко распространённым, потому что он случайно управляет потоками в свою «пользу». Это будет «успешный» вариант глины. Но пока мы имеем дело только с одноразовым отбором. Может ли здесь начаться какая-то форма нарастающего отбора?

Для дальнейших рассуждений предположим, что некий вариант

глины повышает шансы на своё отложение, запруживая поток. Это — побочное следствие структуры определённого кристаллического дефекта глины. Любой поток, в котором присутствует этот вид глины, будет иметь вид набора больших, застойных и мелких водоёмов (выше от плотины), а главный поток воды будет отклонён на новый курс. В этих застойных водоёмах будет оседать ещё большее количество той же самой глины. Последовательность таких мелких водоемов распространится по длине всякого потока, который окажется «инфицированным» «семенными» кристаллами этого вида глины. Тогда, из-за отклонения главного потока, мелкие водоёмы в сухой сезон будут высыхать. Глина высыхает и трескается на солнце, и верхние слои её будут сдуты как пыль. Каждая частица пыли унаследует характерную структуру родительской глины, делавшей запруду — структуру, которая придала ей свойство запруживать поток. По аналогии с генетической информацией, идущей дождём по каналу от моей ивы, мы могли бы говорить, что пыль несёт «инструкции» о том, как запруживать потоки и, в конечном итоге, производить большее количество пыли. Пыль раздувается ветром далеко и широко, и есть большие шансы на то, что некоторые частицы её упадут в другой поток, доселе не «инфицированным» семенами этого делающего запруды вида глины. После инфицирования «правильным» видом пыли, новый поток начинает растить кристаллы запружающей глины, которая оседает, запруживает, высыхает, и цикл эрозии начинается снова.

Называть этот цикл «жизнью» было бы очень спорно, однако это такой цикл, который объединяет с настоящими жизненными циклами способность начать нарастающий отбор. Поскольку потоки инфицируются «семенной» пылью, унесённой из других потоков, мы можем выстраивать потоки в порядке наследования и происхождения. Глина, которая запрудила поток B, прилетела туда в форме кристаллов пыли, унесённых из потока A. В конечном итоге, водоёмы потока B высохнут и выработают пыль, которая инфицирует потоки F и P. Исходя из прародительской запруживающей глины, мы можем выстраивать потоки в «генеалогические деревья». У каждого инфицированного потока есть «родительский» поток и может быть более чем один «дочерний». Каждый поток аналогичен телу, чьё «развитие» происходит под влиянием «генов» семенной пыли; телу, которое в конечном счёте породит новые семена пыли. Каждое «поколение» в цикле начинается тогда, когда семенные кристаллы оторвутся от родительского потока в форме пыли. Кристаллическая структура каждой частицы пыли скопирована с глины родительского потока. Она переходит к кристаллической структуре дочернего потока, где растёт, размножается и наконец, рассылает свои «семена» снова.

Унаследованная кристаллическая структура сохраняется у всех потомков, если не происходит случайной ошибки при росте кристаллов, случайное изменение в шаблоне упаковки атомов. Последующие слои этого кристалла копируют этот дефект, и если кристалл раскалывается на два, то рождается субпопуляция изменённых кристаллов. Теперь, если изменение сделает этот кристалл менее или более эффективным в цикле запруживание/высыхание/выветривание, то это изменение повлияет на количество копий, которые он будет иметь в следующих «поколениях». Изменённые кристаллы могли бы, например, с большей вероятностью раскалываться («размножение»). Глина, сформированная из изменённых кристаллов, могла бы быть более эффективной в запруживании — не важно, как именно. Она могла бы более охотно трескаться при данной силе солнечного облучения. Она могла бы легче рассыпаться в пыль. Частицы пыли могли бы легче раздуваться ветром — как пух на семени ивы. Некоторые типы кристаллов могли бы стимулировать сокращение «цикла жизни», и следовательно — ускорение их «эволюции». Существует много способов прогрессивно улучшить следующее «поколение». Другими словами — есть много возможностей для начала элементарного нарастающего отбора.

Этот маленький полёт фантазии, украшающий самого Кэрнс-Смита, касается только одного из нескольких видов «жизни» минералов, который мог направить нарастающий отбор по его главной дороге. Но есть и другие. Другие вариации кристаллов могли бы выходить в новые потоки, не разрушаясь в «семенную» пыль, а, рассекая свои потоки в большое количество маленьких ручейков, захватывающих большую площадь, в конечном счёте соединяли и инфицировали новые речные системы. Некоторые вариации могли бы строить водопады, которые быстрее разрушают камни, и следовательно — ускоряют растворение сырья, необходимое для образования новых глин ниже по течению. Некоторые вариации кристаллов могли бы приносить себе пользу, затрудняя условия для «конкурентных» вариаций, конкурирующих за сырьё. Некоторые вариации могли бы стать «хищниками», разрушая конкурирующие вариации и используя их материал, как сырьё. Ещё раз обращаю внимание, что здесь нет никаких предположений насчёт «преднамеренной» разработки, будь то в кристаллах или в современной жизни, основанной на ДНК. Просто мир автоматически склонен заполнятся теми вариациями глины (или ДНК) которые случайно обладают свойствами, способствующими сохранению и распространению самих себя.

Теперь перейдём к следующей стадии нашего обсуждения. Некоторые наследственные линии кристаллов могли бы случайно катализовать синтез новых веществ, помогающих им в переходе к следующим «поколениям». Эти второстепенные вещества не имели бы собственного предка (или имели бы, но не сразу) и наследственной линии, а изготовлялись бы заново каждым поколением первичных репликаторов. Они могли выглядеть как инструменты реплицирующихся линий кристаллов, зачатки примитивных «фенотипов». Кэрнс-Смит полагает, что органические молекулы выделялись среди нереплицирующих «инструментов» их неорганических кристаллических репликаторов. Органические молекулы часто оказывают эффекты на поток жидкостей, на раздробление или рост неорганических частиц — почему они и используются в промышленном неорганическом химическом производстве. А это как раз эффекты, которые, вкратце могли бы повлиять на «успех» линии реплицирующихся кристаллов. Например, разновидность глины с красивым названием «монтмориллонит» склонна раздробляться в присутствии небольших количеств органической молекулы с менее красивым названием карбоксиметилцеллюлоза. Меньшие количества карбоксиметилцеллюлозы, напротив, оказывают прямо противоположный эффект, помогая слеплять частицы монтмориллонита вместе. Другие органические молекулы, танины, используются в нефтедобывающей промышленности для облегчения бурения грунта. И если бурильщики могут использовать органические молекулы для влияния на поток и лёгкость бурения, то почему эти свойства не мог использовать нарастающий отбор — для самореплицирования минералов?