Огарок во тьме. Моя жизнь в науке

Когда мы с Тедом разрабатывали характеристики артро-морфной программы, мы не пытались имитировать саму по себе дупликацию генов, как у гемоглобина. Тем не менее в нашей новой программе в некотором виде присутствовала генная дупликация (и делеция), из чего мы извлекли немало пользы. Во всех моих предыдущих биоморфных программах генный репертуар был закреплен (в разных версиях генов было девять, шестнадцать или тридцать шесть), у артроморфов же количество генов варьировало – оно само по себе было подвержено мутациям. Видите, как мы двигались к тому, чтобы позволить эволюции самой переписывать программу? Ведь прежде, каждый раз, когда способность биоморфов к эволюции возрастала благодаря макромутациям, это происходило потому, что я садился и писал гору нового кода.

Генетически артроморфы могли иметь и всего один сегмент, но сегментация вплеталась в самые основы их эмбриологии. По умолчанию действовало ограничение лево-правой зеркальной симметрии: она соблюдалась для всех артроморфов. Каждый сегмент состоял из овальной части тела (ее форму и размер задавали гены), способной отрастить пару симметричных конечностей, а каждая конечность могла раздвоиться в клешню. Пока все вполне членистоного. Число суставов в каждой конечности, размер и угол сочленения каждого сустава тоже определяли гены – как и размер и угол крепления клешней.

Эмбриологически любопытнее то, что группы соседних сегментов оказываются объединены в сферы влияния. Скажем, первые три сегмента могут быть практически неотличимы друг от друга, но заметно отличаться от двух следующих, и от следующих за теми четырех: такое строение напоминает голову, грудь и брюшко (см. Артроморфа 1 на иллюстрации ниже). Каждую группу сегментов (их не обязательно должно быть три – само это число тоже подвергалось генетическим мутациям) мы назвали “тагма”: этот греческий термин употребляется в биологии членистоногих. Но сегменты внутри тагмы не обязательно должны были быть полностью идентичными. На каждый сегмент влияли его собственные тагмаспецифические гены, которые могли мутировать независимо от других сегментов. Сравнительное единообразие внутри тагмы достигалось умножением численных генетических параметров каждого сегмента на определенный коэффициент (“ген”), присущий конкретной тагме. Изображенный здесь Артроморф 2 похож на Артроморфа 1, за исключением того, что сегмент 3, хоть очевидно и принадлежит к тагме 1, обладает более длинными ногами, чем два других сегмента в тагме 1. Также в тагме 3 мы в целом наблюдаем совсем другие ноги.

На более высоком уровне присутствовали и другие гены, на которые умножались параметры всех генов всего организма, во всех тагмах. И наконец, мы добавили гены градиента, которые умножали другие генетические воздействия на некий растущий (или убывающий) коэффициент по мере продвижения к задней части организма (или тагмы). Количество тагм и сегментов внутри каждой тагмы увеличивалось (или уменьшалось) посредством дупликации (или делеции) генов.

Такова была эмбриология артроморфов, и вы заметите, что она оказалась сложнее, чем эмбриология биоморфов – в биологически интересных смыслах. Я работал на пределе своего умения программировать и вынужден был полагаться на мастерство Теда, который намного меня превосходил. Код я писал самостоятельно (на “Паскале” – не самом любимом языке Теда, а теперь и вовсе давно устаревшем), но Тед направлял меня указаниями по электронной почте на псевдокомпьютерном языке, напоминающем формальную сокращенную версию английского. Иногда, подозреваю, моя неповоротливость приводила его в легкое раздражение – я точно не дотягивал до уровня профессиональных программистов Apple, – но он всегда был доброжелателен, и мы довели дело до конца. Когда мы завершили нашу сложную эмбриологическую схему, встроить ее в исходную биоморфную программу было нетрудно – и тогда можно было переходить к отбору для “разведения” на экране. Ниже изображен “зоопарк” (вероятно, точнее назвать его блошиным цирком) избранных артроморфов из бесчисленного множества, которое я вывел при помощи искусственного отбора, когда дописал программу.

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, но мне видится и что-то жутковатое в том, до чего доходят люди, которые в виде аватаров населяют эти миры. Невозможно избавиться от мысли, что избитую фразу “Живи в реальности!” стоило бы развесить на площадях городов в Second Life, обитатели которой даже “женились” на людях, которых никогда в жизни не видели, а потом “разводились” из-за “неверности” в киберпространстве. Ну что ж, может быть, таков путь будущего, и однажды мне придется виртуально взять свои реальные слова назад [147] .

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 гепарда, метод импалы, метод крота, метод павиана, метод коалы. Бессмысленно говорить о том, какой из них лучше. Все они эффективны. Что плохо – так это оказаться в таком положении, когда половина твоих приспособлений предназначена для одного образа жизни, а половина – для другого.

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.