Эаолкжия и энтропия

В самом широком смысле, понятие эволюции означает, что с течением времени организмы и органы этих организмов изменяются. В ходе изменений одни организмы и органы остаются и воспроизводятся, тогда как другие исчезают.

Организмы и органы, которым удается сохраниться и самовоспроизвестись, называются репликаторами. Два самых интересных репликатора, существующих сегодня,— интересных и потому, что они непосредственно затрагивают наше существование, и потому, что они быстрее всего эволюционируют,— это ген, наиболее важный репликатор в биологии, и мем, наиболее важ-

Эволюция - научная модель, в которой отображается усложнение органов и организмов. Энтропия — модель, отражающая упрощение органов и организмов. Первая модель описывает созидающие силы природы, вторая — разрушающие.

ный репликатор человеческого сознания. В сфере компьютерных технологий в качестве репликаторов можно рассматривать машинные команды или программы. Однако на сегодняшний день программное обеспечение представляет собой скорее продукт целенаправленной деятельности человека, чем результат эволюционного отбора. До тех пор пока программное обеспечение не будет нами «научено» эволюционировать собственными силами, программы и машинные команды являются лишь специфической формой мема*.

Употребляя термин «эволюция», мы подразумеваем дарвиновское определение: «эволюция видов путем естественного отбора». Иными словами, мы проводим четкое разделение между «победителями» этой битвы, которые продолжают свое существование, и «проигравшими», которые погибают. Естественный отбор указывает на наличие определенных сил природы, производящих этот отбор и отличающих его от искусственного отбора,— например, разведения породистых собак, когда «отбор» осуществляется человеком. Организмы и органы, которым не удается сохраниться, в конечном счете погибают в результате действия энтропии — тенденции к рандомизации, внесения элемента случайности, и стирания различий между объектами на протяжении длительного времени, как это происходит с замками из песка на пляжах и гниющими бревнами.

Две эти силы действуют не только в физической природе, но и в сфере сознания. Например, в английском языке постоянно происходят изменения. Отдельные новые слова и узусы эволюционируют, чтобы отобразить новые понятия, вошедшие в употребление. Вместе с тем в языке имеет место и энтропия — некоторые слова выходят из активного употребления и теряют свои смысловые оттенки, они характеризуются не только орфографической неустойчивостью, но и различиями в произношении.

* В последнее время зародилась новая и очень интересная сфера научно-исследовательской деятельности — моделирование эволюционных процессов с помощью компьютеров. Подробнее см. здесь: Steven Levy, Artificial Life (Vintage Books, 1992).

Изучение процесса эволюции — изучение процесса воспроизведения и «копирования». Репликатор — то, что воспроизводится или «копируется». В некоторых случаях репликатор не просто «копируется», а играет более активную роль: можно сказать, что он не столько «копируется», сколько «сам себя копирует». Это различие зависит от точки зрения. Иногда, как в случае деления клеток или репликации молекул ДНК, вполне естественно говорить о том, что репликатор «копируется». В других случаях более осмысленной представляется та точка зрения, согласно которой репликатор «копируется» чем-то другим,— так люди напевают популярный мотив, а идеи демократии распространяются по земному шару. В том и в другом случае происходит процесс «копирования» — именно то, что нужно для эволюции.

Репликатором называется любой копируемый объект вне зависимости от того, каков процесс копирования и был ли этот процесс преднамеренным или случайным.

Иногда в процессе эволюции совершаются ошибки. И это тоже - одно из необходимых условий эволюции. Если точность копий слишком высока, ничего не изменится. И напротив — если копии не точны вовсе, то мы не можем говорить о наличии репликатора: вскоре в процессе репликации благоприобретенные качества утрачиваются полностью (например: копия копии с копии докладной записки не поддается прочтению).

Существует два необходимых условия эволюции: репликация, сочетающаяся с определенной точностью копирования, а также мутация, сочетающаяся с определенной степенью неточности.

-шсаосоъмшоаъ

Безусловно, если репликатору удается оставить лишь одну или две своих копии, то для понимания процесса эволюции такой репликатор большого интереса представлять не будет. Нас интересуют такие репликаторы, которые оставляют большое число своих высокоточных копий, которые, в свою очередь, тоже становятся репликаторами, и возникает в этом процессе экспоненциальный рост количества копий. Затем мы поговорим о выживании наиболее приспособленных - под этим понятием мы подразумеваем выживание тех объектов, которым удалось наилучшим образом воспроизвести себя — путем производства собственных копий.

В эволюции понятие приспособляемости означает степень вероятности организма оставить свои копии. Чем выше степень приспособленности организма, тем больше у него шансов оставить свои копии.

Слово «приспособленный» в рамках нашей эволюционной модели означает только это. Когда мы его употребляем, мы не имеем в виду силу организма, его живучесть, долговечность или исключительный интеллект. Если репликатор обладает высокой приспособляемостью, то он хорошо воспроизводится. Больше ничего не имеется в виду.

Конечно, соблазнительно думать, что долговечный репликатор имеет ряд преимуществ перед тем, который существует более короткий период времени, что он может оставить большее число собственных копий. Однако нехитрый математический расчет показывает, что это не так. Представим двух репликаторов: Мафусаила, который прожил сто лет и каждый год «создавал» собственную копию, то есть в общей сложности — оставил 100 детей; и Громилу, который прожил только один год, но до смерти успел создать три собственные копии. На таблице показана общая численность копий каждого из них в расчете на год.

Итак, цифра 10³⁰ — единица с тридцатью нолями — может показаться «неплохим результатом» Мафусаила. Тем не ме-нее,через сто лет мы смогли бы насчитать примерно в 10¹⁸ раз больше копий плодовитого Громилы, чем долговечного Мафусаила,- иными словами, 1 ООО ООО ООО ООО ООО ООО Громил на одного Мафусаила. И рано или поздно Громилы начали бы поедать Мафусаилов на обед.

Наиболее приспособленные репликаторы производят наибольшее число собственных копий, в результате чего распространяются шире, чем другие. Выражение «выживание наиболее приспособленных» отчасти способно ввести в заблуждение. Правильнее было бы сказать «преобладание наиболее приспособленных». Дело в том, что когда ресурсы ограничены, успех наиболее приспособленных репликаторов становится поражением тех, кто приспособлен хуже.

ЭГОИСТИЧНЫЙ ш

Эти положения заставляют нас вспомнить понятие «эгоистичного гена», введенное Доукинсом. Теория «эгоистичного гена» позволила проникнуть в суть такого числа вопросов и загадок эволюции, что ее можно сравнить с открытием астрономов, после которого стало ясно, что Земля не является центром Все-

ленной.

Доукинс популяризовал теорию «эгоистичного гена» в своей книге, вышедшей в 1976 г. В ней он впервые употребил термин «мем». Однако сама концепция «эгоистичного гена» была разработана раньше - в 1963 г. она была изложена в работе английского биолога Уильяма Д. Гамильтона. До появления работы Гамильтона большая часть ученых полагала, что «центром» эволюции были «мы» — или отдельные особи того или иного вида. Дарвиновская теория заключалась в том, что движущей силой эволюции является выживание наиболее приспособленных особей, которые способны оставить наибольшее число своих подобий. Блестящая догадка Дарвина — эволюция видов путем естественного отбора — достаточно хорошо объясняла известные факты, и поэтому она господствовала в научной мысли на протяжении длительного периода. Но не следует забывать, что Дарвин ничего не знал о ДНК.

Теория эгоистичного гена вынудила ученых-эволюционистов сместить внимание с «наиболее приспособленных особей» на «наиболее приспособленные ДНК». Дело в том, что именно ДНК сохраняет всю информацию, которая передается из одного поколения в другое. Отдельные представители того или иного вида, проще говоря, не реплицируют самих себя, то есть не производят собственных копий. Родители не клонируют самих себя, и их дети не являются их точными копиями. Они лишь воспроизводят отдельные фрагменты молекул ДНК в новом индивиде. Те участки молекул ДНК, которым наилучшим образом «удается» быть воспроизведенными, становятся наиболее многочисленными и именно они — а не отдельные особи — составляют основу «выживания наиболее приспособленных».

Те участки ДНК, которым удается теми или иными средствами реплицироваться, называются генами. Тот факт, что центральным стержнем эволюции является не забота о нашем благополучии, а сохранение отдельных генов, заставляет исследователей говорить об эгоистичных генах.

Парадоксальным образом одним из подтверждений теории эгоистичного гена для ученых стало альтруистичное поведение некоторых видов животных. В ходе эволюции роль рабочих пчел определилась следующим образом: они должны трудиться всю свою жизнь для того, чтобы прокормить свою мать — плодную матку, или «королеву». Сами рабочие пчелы потомства не оставляют. По воле генетического каприза природы потомки плодной матки будут иметь больше общих участков ДНК с рабочими пчелами, чем собственные дети рабочих пчел - если бы они у них были. Иными словами, эгоистичным генам рабочих пчел более выгодно такое, а не иное поведение.

В животном мире самки могут пойти на серьезный риск, чтобы защитить своих детенышей. Допустим, к самке с двумя детенышами приближается хищник, от которого она может убежать (но не ее выводок). Если мать останется с выводком, то вероятность выживания всех троих будет составлять 50 %. Поскольку каждый детеныш наследует, по меньшей мере, половину ДНК своей матери*, можно с помощью нехитрого подсчета показать, что решение самки остаться со своими детьми будет подкреплять «большее число ДНК», чем решение бросить собственное потомство и спасать «свою шкуру». Борьба с хищником в среднем позволяет сохранить для мира большее число генов, отвечающих за решение «защищать своих детей», тогда как бегство спасет меньшее число генов, отвечающих за решение «спасайся бегством».

Весь процесс биологической эволюции можно представить в виде борьбы между отдельными участками молекулы ДНК за право оставить наибольшее число собственных копий.

* Отдельные участки молекулы ДНК отца могут совпадать с ДНК матери, вследствие чего детеныш будет обладать более 50 % общих участков молекулы ДНК со своей матерью.

Дата добавления: 2015-08-26