Материал: Дойч. Структура Реальности

Этот захватывающий научный прогресс и, в частности, великое обобщение физики Ньютона и физики, последовавшей за ней, в значи­тельной мере поспособствовали росту притягательности редукционизма. С тех пор, как обнаружили, что вера в открывшиеся истины несов­местима с рационализмом (который требует открытости для критики), многие люди продолжали мечтать о первичной основе всего, в которую они могли бы верить. Если у них еще и не было упрощенной «теории всего», в которую они могли бы верить, то они, по крайней мере, стре­мились к ней. Считалось доказанным, что редукционистская иерархия наук, основанная на дробноатомной физике, — неотъемлемая часть на­учного мировоззрения, и потому ее критиковали только псевдоученые и те, кто протестовал против самой науки. Таким образом, ко време­ни моего изучения биологии в школе статус этого предмета изменился на противоположный тому, что Аристотель считал очевидным. Жизнь вовсе перестали считать фундаментальной. Сам термин «изучение при­роды», под которым подразумевали биологию, стал анахронизмом. Го­воря фундаментально, природой была физика. Я упрощу лишь немного, если охарактеризую общепринятый в то время взгляд следующим обра­зом. У физики есть ответвление — химия, изучающая взаимодействие атомов. У химии есть ответвление — органическая химия, изучающая свойства соединений углерода. Органическая химия, в свою очередь, тоже имеет ответвление — биологию, изучающее химические процес­сы, которые мы называем жизнью. И это отдаленное ответвление фун­даментального предмета интересовало нас лишь потому, что мы сами оказалисьтаким процессом. Физика же, напротив, считалась очевидно важной по праву, так как вся вселенная, включая жизнь, подчиняется ее принципам.

Моим одноклассникам и мне приходилось учить наизусть множес­тво «характеристик живых организмов». Все они были просто описа­тельными. Они мало касались фундаментальных концепций. Вероятно, передвижениебыло одной из таких характеристик — неясным эхом идеи Аристотеля, — однако среди них были идыхание,ивыделение. Также присутствоваливоспроизведение, рости незабвенно названнаяраздражимость,которая значит, что если вы окажете воздействие на что-либо, то оно окажет ответное воздействие. Этим мнимым харак­теристикам не хватало ясности и глубины, более того, точностью они тоже не отличались. Как бы сказал нам доктор Джонсон, каждый ре­альный объект «раздражим». С другой стороны, вирусы не дышат, не растут, не выделяют и не движутся (пока на них не окажут воздей­ствие), но они живые. Бесплодные люди не размножаются, и, тем не менее, они живые.

Причина, по которой ни взгляды Аристотеля, ни то, что было на­писано в моих школьных учебниках, не представили хотя бы хорошее систематическое различие между живыми и неживыми предметами, не говоря уже о чем-то более глубоком, в том, что и Аристотель, и учеб­ники упустили то, что такое живые предметы (эта ошибка в большей степени простительна Аристотелю, потому что в его времена больше не знал никто). Современная биология не пытается определить жизнь с помощью некоторого характеристического физического свойства или вещества — некой живой «сущности», — которой наделена только жи­вая материя. Мы уже не ожидаем, что такая сущность существует, потому что теперь мы знаем, что «живая материя», материя в форме живых организмов, — это не основа жизни. Она всего лишь одно из следствий жизни, которая имеет молекулярную основу. Общепризнан факт существования молекул, которые побуждают определенные среды к созданию копий этих молекул.

Такие молекулы называются репликаторами.В более общем смыс­ле репликатор — это любой объект, который побуждает определенные среды его копировать. Не все репликаторы биологические, и не все репликаторы — молекулы. Самокопирующая компьютерная программа (например, компьютерный вирус) — это тоже репликатор. Хорошая шутка — это еще один репликатор, поскольку она заставляет слуша­телей пересказать себя другим слушателям. Ричард Доукинс придумал терминмим¹³для репликаторов, которые представляют собой челове­ческие идеи, например, шутки. Однако вся жизнь на Земле основана на репликаторах-молекулах. Они называютсягенами,а биология — это изучение происхождения, структуры и деятельности генов, а также их влияния на другую материю. В большинстве организмов ген состоит из последовательности более мелких молекул (существует четыре различ­ных вида таких молекул), соединенных в цепочку. Названия составля­ющих молекул (аденин, цитозин, гуанин и тимин) обычно сокращают до А, Ц, Г и Т. Сокращенное химическое название цепочки из любого количества молекул, расположенных в любом порядке, — ДНК.

В действительности, гены — это компьютерные программы, вы­раженные в виде последовательности символов А, Ц, Г и Т на стан­дартном языке, называемом генетическим кодом,который одинаков, с небольшими изменениями, для всей жизни на Земле. (Некоторые ви­русы основаны на родственном типе молекул, РНК, тогда как прионы, в некотором смысле, — самовоспроизводящиеся белковые молекулы). Особые структуры внутри клеток каждого организма действуют как компьютеры, выполняя заложенные в этих генах программы. Выпол­нение заключается в производстве определенных молекул (белков) из более простых молекул (аминокислот) при определенных внешних усло­виях. Например, последовательность «АТГ» — это команда для вклю­чения метионина аминокислоты в создаваемую белковую молекулу.

Обычно ген химически «включается» в определенных клетках те­ла, а затем дает этим клеткам команды производить соответствующий белок. Например, гормон инсулин, который отвечает за уровень сахара в крови у позвоночных, является именно таким белком. Производя­щий его ген присутствует почти в каждой клетке тела, но включается только в строго определенных клетках поджелудочной железы и толь­ко тогда, когда это необходимо. На молекулярном уровне это все, что любой ген способен заложить в свой клеточный компьютер: произвес­ти определенный химический продукт. Но гены успешно выполняют свои репликаторные функции, потому что эти химические программы низкого уровня, создавая слой за слоем комплексный контроль и об­ратную связь, в сумме составляют сложные команды высокого уровня. Ген инсулина и гены, которые включают и отключают его, вместе эк­вивалентны полной программе регулирования уровня сахара в крови.

Точно так же существуют гены, которые содержат особые коман­ды, как и когда должны быть скопированы они сами, а также другие гены и команды для производства следующих организмов того же ви­да, включая молекулярные компьютеры, которые вновь выполнят все эти команды в следующем поколении. Также существуют команды, со­общающие, каким образом весь организм в целом должен реагировать на раздражители, например, когда и как он должен охотиться, есть, спариваться, драться или убегать. И так далее.

Ген способен функционировать как репликатор только в опреде­ленных средах. По аналогии с экологической «нишей» (набором сред, в которых организм может выжить и произвести потомство) я исполь­зую термин нишадля набора всех возможных сред, которые данный репликатор побуждал бы к созданию его копий. Ниша гена инсулина содержит среды, где ген расположен в клеточном ядре вместе с дру­гими определенными генами, а сама клетка должным образом распо­ложена внутри функционирующего организма, в естественной среде, подходящей для поддержания жизни и размножения этого организма. Но существуют также и другие среды, например, биотехнологические лаборатории, в которых бактерии генетически изменяют так, чтобы включить их в ген, что также копирует ген инсулина. Такие среды то­же являются частью генной ниши, как и бесконечное множество других возможных сред, весьма отличных от тех, в которых развился ген.

Не все, что можно скопировать, является репликатором. Реплика­тор побуждаетсвою среду к тому, чтобы она его скопировала: то есть, он делает причинный вклад в свое собственное копирование. (Моя тер­минология немного отличается от терминологии Доукинса. Он называет репликатором все, что копируется, по любой причине. То, что я назы­ваю репликатором, он назвал быактивнымрепликатором). Я еще вер­нусь к тому, что, в общем, значит делать причинный вклад во что-либо, но здесь я имею в виду, что присутствие и особая физическая форма репликатораочень важныдля того, происходит копирование или нет. Другими словами, если репликатор присутствует, то он копируется, но если бы его заместил почти любой другой объект, даже довольно похо­жий, этот объект не был бы скопирован. Например, ген инсулина по­буждает лишь один маленький этап в огромном сложном процессе своей собственной репликации (этот процесс и есть весь жизненный цикл организма). Однако подавляющее большинство вариантов этого гена не дали бы клеткам команды произвести химический продукт, который смог бы выполнить работу инсулина. Если гены инсулина в клетках отдельного организма заместить слегка отличными молекулами, этот организм умрет (если только в нем не поддерживать жизнь с помо­щью других средств), а, следовательно, он не оставит потомства, и эти молекулы не будут скопированы. Таким образом, копирование весьма чувствительно к физической форме гена инсулина. Присутствие это­го гена в должной форме и должном местеочень важнодля процесса копирования, который делает его репликатором, хотя существует мно­жество других причин, которые делают свой вклад в его репликацию.

Наряду с генами беспорядочныепоследовательности А, Ц, Г и Т, иногда называемыедефективными последовательностями,присут­ствуют в ДНК большинства живых организмов. Они также копиру­ются и передаются организмам потомков. Однако, если такая после­довательность замещается почти любой другой последовательностью похожей длины, она тоже копируется. Таким образом, мы можем сде­лать вывод, что копирование таких последовательностей не зависит от их особой физической формы. В отличие от генов, дефективная после­довательность программой не является. Если он и выполняет какую-то функцию (а это неизвестно), то эта функция не может заключаться в переносе любой информации. Хотя такая последовательность копиру­ется, она не вносит причинный вклад в свое собственное копирование, и, следовательно, не является репликатором.

На самом деле это преувеличение. Все, что копируется должно вно­сить хоть какой-то причинный вклад в это копирование. Дефективные последовательности, например, состоят из ДНК, что позволяет клеточ­ному компьютеру их копировать. Клеточный компьютер не может ко­пировать молекулы, отличные от молекул ДНК. Вряд ли стоит считать что-либо репликатором, если его причинный вклад в свою собственную репликацию мал, хотя строго говоря, репликация зависит от степени адаптации. Я определю степень адаптациирепликатора к данной сре­де как степень вклада, сделанного репликатором в процесс своей собст­венной репликации в этой среде. Если репликатор хорошо адаптирован к большинству сред ниши, мы можем назвать его хорошо адаптирован­ным к своей нише. Мы только что видели, что ген инсулина в высшей степени адаптирован к своей нише. Дефективная последовательность имеет пренебрежимо малую степень адаптации по сравнению с геном инсулина или другими подлинными генами, но она гораздо лучше адап­тирована к этой нише, чем большинство молекул.

Обратите внимание, что для измерения степени адаптации мы должны учесть не только рассматриваемый репликатор, но также и диапазон его возможных вариантов. Чем более чувствительно копиро­вание в данной среде к точной физической структуре репликатора, тем выше адаптация репликатора к этой среде. Для высоко адаптированных репликаторов (которые только и заслуживают названия репликаторов) необходимо рассмотреть только небольшие изменения, потому что при значительных изменениях они уже не будут репликаторами. Так мы размышляем, замещая репликатор объектами, похожими на него в об­щих чертах. Чтобы определить степень адаптации к нише, необходимо рассмотреть степень адаптации репликатора к каждой среде этой ни­ши. Следовательно, необходимо рассмотреть как варианты репликато­ра, так и варианты этой среды. Если большая часть вариантов репли­катора не сумеет побудить большую часть сред ниши к копированию репликатора, значит, наша форма репликатора является веской причи­ной своего собственного копирования в этой нише, что мы и имеем в виду, когда говорим, что он в высшей степени адаптирован к ни­ше. С другой стороны, если большинство вариантов репликатора будут копироваться в большинстве сред ниши, значит, форма нашего репли­катора не слишком важна: копирование все равно произойдет. В этом случае наш репликатор делает небольшой причинный вклад в свое ко­пирование, и его нельзя назвать высоко адаптированным к этой нише.

Таким образом, степень адаптации репликатора зависит не только от того, что репликатор делает в своей действительной среде, но так­же и от того, что делало бы множество других объектов, большинство из которых не существует, во множестве сред, отличных от действи­тельной среды. Мы уже сталкивались с этим любопытным свойством и раньше. Точность передачи в виртуальной реальности зависит не толь­ко от тех реакций, которые действительно выдает машина на то, что Действительно делает пользователь, но и от реакций, которые она в дей­ствительности не выдает, на то, что пользователь в действительности не делает. Такая схожесть между жизненными процессами и виртуаль­ной реальностью не совпадение, и я кратко это объясню.

Самый важный фактор, определяющий нишу гена, обычно заклю­чается в том, что репликация гена зависит от присутствия других ге­нов. Например, репликация гена инсулина медведя зависит не только от присутствия в теле медведя всех других генов, но также и от при­сутствия во внешней среде генов других организмов. Медведи не мо­гут выжить без пищи, а гены для производства этой пищи существуют только в других организмах.

Различные виды генов, которым для репликации необходимо вза­имодействие друг с другом, часто сосуществуют в длинных цепочках ДНК, ДНК организма.Организм — это нечто, — например, животное, растение или микроб, — о чем на обыденном языке мы думаем как о живом. Но из сказанного мной следует, что «живой», применительно к частям организма, отличным от ДНК, — это, в лучшем случае, титул, носимый по обычаю, а не по закону.Организм не является репликатором:он — часть среды репликаторов, обычно самая важная, после всех остальных генов, часть. Оставшаяся часть среды — это тип естествен­ной среды, которую может занять организм (например, вершина горы или дно океана), и конкретный образ жизни в этой среде (например, охотник или паразит), который дает организму возможность прожить там достаточно долго, чтобы произошла репликация его генов.

На повседневном языке мы говорим о «размножении» организмов; это действительно считалось одной из мнимых «характеристик живых объектов». Другими словами, мы считаем организмы репликаторами. Но это ошибочно. Организмы во время размножения не копируются; и еще меньше они побуждают свое собственное копирование. Они соз­даются заново по чертежам, заложенным в ДНК организмов родителей. Например, если случайно изменится форма носа медведя, это может изменить весь образ жизни этого медведя, и его шансы на выжива­ние для «размножения» могут как увеличиться, так и уменьшиться. Но у медведя с новой формой носа нет шансов бытьскопированным. Если у него будет потомство, то носы его потомков будут обычны­ми. Но стоит только изменить соответствующий ген (если сделать это сразу же после зачатия медведя, необходимо изменить только одну мо­лекулу), и у любого потомка будет не только новая форма носа, но и копии нового гена. Это показывает, что форма каждого носа зависит от этого гена, а не от формы какого-либо предыдущего носа. Таким обра­зом, форма носа медведя не делает причинного вклада в форму носа его потомка. Но форма генов медведя делает вклад как в свое собственное копирование и форму носа медведя, так и в форму носа его потомков.