Дарвинизм в XXI веке

Возникающие клетки становятся все разнообразнее. И начинается классический естественный отбор: преимущество получают те, кто делится быстрее других и эффективней их обращает в свой ресурс окружающие клетки и ткани. Малигнизация — нарастающая злокачественность — опухолевых клеток демонстрирует как могущество механизма отбора, так и его «слепоту», принципиальную неспособность к целеполаганию: ведь чем дальше зайдут по этому пути раковые клетки, тем скорее наступит гибель организма — и их собственная[247].

Заметим, что в обоих случаях речь шла о клетках — системах, способных (хотя бы потенциально) к расширенному самовоспроизведению с неабсолютной точностью. Там, где есть такие системы, всегда возможен естественный отбор. При этом это не обязательно должны быть клетки или вообще что-то имеющее отношение к живому (например, вирусы). Правда, неживые размножающиеся системы нам пока неизвестны, но уже сейчас теоретики нанотехнологий всерьез обсуждают угрозу «серой слизи» — самовоспроизводящихся наноустройств. Если такие устройства когда-либо будут созданы, они тут же подпадут под действие естественного отбора. И рано или поздно эта эволюция породит формы, для которых человечество со всей его материальной культурой будет лишь сырьем. (Есть, правда, основания полагать, что наноразмерное самовоспроизводящееся устройство принципиально невозможно: ему просто не хватит атомов для достаточного уровня сложности.)

А возможно ли все-таки плодотворное применение селекционистского подхода там, где нет ни дискретных особей, ни размножения?

Тут все зависит от того, насколько широко понимать «селекционистский подход». Мы уже видели (см. главу 12), какое плодотворное применение неожиданно нашла в последние годы идея отбора в той области, куда ей вход, казалось бы, был закрыт по определению, — в изучении химической эволюции, предшествовавшей возникновению жизни. А в главе «Эволюция и энтропия» мы узнаем, как теория Дарвина вдохновила его младшего современника, замечательного австрийского физика Людвига Больцмана на создание молекулярно-статистической интерпретации классической термодинамики (и в значительной мере — вообще молекулярной физики). Однако сходство между теориями Дарвина и Больцмана можно усмотреть лишь на самом общем уровне: случайные элементарные микрособытия приводят в конечном счете к неслучайным изменениям макросистем. Можно при желании считать монотонное нарастание энтропии «отбором» (более вероятные состояния вытесняют со временем менее вероятные), но это уже не более чем метафора.

Однако в последние десятилетия получило развитие чисто инженерное направление — генетическое моделирование. Суть его в том, что конструктор не ищет оптимальную форму разрабатываемого изделия — он создает определенный набор возможных конструкций, затем выбирает лучшие из них, вносит в них возмущающие изменения, снова выбирает и т. д. Эта идея предлагалась еще в 50-е — 60-е — но в ту пору такой объем расчетов был невозможен, а провести нужное число натурных экспериментов было тем более немыслимо. Только с развитием возможностей компьютерного моделирования об этом методе вспомнили вновь. Чаще всего он применяется при «конструировании» белков и других сложных молекул (работать с которыми другими методами почти невозможно), но у него уже есть заслуги и в других областях. В 2000-х годах американские инженеры попытались рассчитать оптимальную схему распределения сигналов спутников. Орбиты спутников, созданные методом генетического моделирования, были неожиданно асимметричны, с разношаговыми расстояниями между аппаратами. Однако расчеты показали, что эффективность этого решения на порядок опережала схемы, предложенные конструкторами-людьми.

Аналогичным образом работает метод USPEX, разработанный группой под руководством российского кристаллографа Артема Оганова: программа генерирует случайные модели кристаллических структур заданного состава, оценивает их стабильность при заданных макропараметрах, отбирает наиболее стабильные, вносит в них случайные изменения, снова оценивает — и так до тех пор, пока не получит наиболее устойчивые. Метод оказался весьма продуктивен не только для изучения структуры веществ при сверхвысоких давлениях (в частности, для исследования строения глубоких слоев земных недр — для чего он исходно и был разработан), но и для предсказания структуры еще не полученных материалов. Сегодня он применяется во многих лабораториях по всему миру.

Несмотря на свою «слепоту» (а вернее, благодаря ей), отбор случайных изменений может породить структуры, которые просто не пришли бы в голову разумному существу.

* * *

Подводя итоги, можно сказать, что теория Дарвина (точнее, ее центральная идея — естественный отбор) оказалась довольно плодотворной и за пределами проблемы эволюции жизни — однако отнюдь не «всеобщей теорией всего», универсальным ключом к любым загадкам природы и общества. У всякой содержательной теории есть своя область применимости, у одних теорий она ýже (такие теории мы называем специальными), у других — шире. У теории Дарвина она чрезвычайно широка — но все же далеко не беспредельна.

Но у вопроса о месте этой теории в современной науке есть и другая сторона — насколько хорошо она согласуется с другими, еще более фундаментальными концепциями естествознания? В истории науки не раз бывало так, что положения, важнейшие для одной области науки и считающиеся там бесспорными, в свете представлений, принятых в другой дисциплине, выглядели совершенно невозможными. В подобных случаях всегда бывает трудно заранее сказать, в чью пользу разрешится такой спор. В 1860-х годах виднейший британский физик Уильям Томсон (лорд Кельвин) на основании всех знаний, накопленных к тому времени физикой, рассчитал, что возраст Солнца и Земли никак не может превышать 100 миллионов лет, а скорее всего, лежит в интервале 20–40 миллионов. Биологи и геологи оспорили выводы Кельвина, но не смогли ни указать на ошибку в его расчетах, ни противопоставить им собственные — в ту пору в геологии и палеонтологии вообще не было методов определения абсолютного возраста пород или ископаемых (в то время как Кельвин применил для оценки возраста Солнечной системы три независимых метода). Однако правы в итоге оказались именно представители «неточных» наук, а безупречные построения сэра Уильяма рухнули одно за другим еще при его жизни под ударами непредвиденных открытий.

Спор Кельвина с натуралистами имел прямое отношение к эволюционизму: исходя из своей оценки возраста Солнца и Земли, сэр Уильям утверждал, что этого времени слишком мало для эволюции «по Дарвину». И хотя аргументы Кельвина в конце концов были полностью опровергнуты, это была не последняя попытка найти противоречия между дарвиновской моделью эволюции и фундаментальной физикой. Опровержение дарвинизма часто искали в термодинамике, но едва ли не еще чаще оппоненты пытаются доказать невозможность дарвиновского механизма при помощи вероятностных расчетов. К этим расчетам прибегают авторы разных специальностей и квалификации, но среди них попадаются и физики, в том числе выдающиеся — и в глазах широкой публики это придает подобным рассуждениям ореол научных аргументов.

В следующей главе мы рассмотрим наиболее популярные из таких опровержений (заодно используя их как повод для рассказа о некоторых неочевидных сторонах самой эволюционной теории). И начнем как раз с аргумента, связанного с именем одного из самых блестящих и самых упрямых физиков ХХ века.

Глава 17. Дарвинизм, вероятность и термодинамика

Одним из самых известных «внешних» критиков дарвинизма был знаменитый английский физик (и по совместительству писатель-фантаст) сэр Фредерик Хойл. Именно ему принадлежит сравнение, вот уже несколько десятилетий кочующее из одной дискуссии в другую: случайная самосборка даже самых простых биологических структур на много порядков менее вероятна, чем то, что в прошедшем над авиасвалкой торнадо сам собой соберется готовый к полету «Боинг».

Заметим, что Фред Хойл вообще любил оспаривать хорошо обоснованные теории, отнюдь не ограничиваясь при этом строго научными аргументами. Именно ему принадлежит термин Big Bang (на русский его обычно переводят как «Большой взрыв», хотя буквально он означает что-то вроде «Большой бабах») — так Хойл окрестил разработанную Георгием Гамовым модель образования нашей Вселенной, надеясь такой ироничной кличкой подорвать популярность этой теории, конкурировавшей в то время с его собственной. Однако его остроумие не помогло: теория Большого взрыва стала основой современной космогонии, и мало кто помнит, что это название было дано ей в насмешку ее противником. Хойл же до конца жизни упрямо отстаивал собственную модель стационарной Вселенной — довольно стройную, но все больше и больше расходящуюся со вновь открываемыми фактами. В середине 1980-х годов Хойл и его сотрудник и соавтор Чандра Викрамасингхе объявили, что хранящийся в Британском музее знаменитый отпечаток археоптерикса, изображение которого приводится едва ли не в каждой книге об эволюции и палеонтологии, — подделка: на отпечаток юрской рептилии были, дескать, каким-то образом нанесены оттиски перьев современной курицы. Дело дошло до очной дискуссии Хойла и его группы с палеонтологами, передававшейся «Би-Би-Си», — но вскоре выяснилось, что «версия» Хойла не имеет под собой никаких оснований и прямо опровергается целым рядом особенностей тонкой структуры окаменелости. Сэр Фредерик известен также версией о внеземном происхождении вируса «испанки» (пандемического гриппа 1918–1919 гг.), поддержкой гипотезы абиогенного происхождения нефти и другими экстравагантными утверждениями. Однако они — включая даже его вполне оригинальную и хорошо проработанную космологическую модель и борьбу против теории Большого взрыва — гораздо менее известны, чем его нападки на дарвинизм.

Почему же маститому астрофизику казалось столь невероятным возникновение биологических структур по Дарвину? И почему из всех выдвинутых им еретических идей именно эта получила такую известность и привлекает людей самых разных профессий и интересов?

О невероятности всего сущего

Суть возражений Хойла и его сознательных или бессознательных последователей выглядит примерно так. Представим себе самый маленький белок — допустим, состоящий всего из сотни аминокислот (молекулы меньшего размера вряд ли имеют право называться белком[248]). Начинаться он может с любой из 20 аминокислот. Второй тоже может быть любая аминокислота. Значит, разных молекул из двух аминокислот может быть 20×20=400. Из трех — 8 тысяч, из четырех — 160 тысяч. А из ста — 20¹⁰⁰, двадцать в сотой степени. Если записать это число (точнее, самое близкое к нему круглое число) в привычной нам десятичной форме, это будет выглядеть как единица со ста тридцатью нулями.

Дальше «антидарвинисты от комбинаторики» рассуждают так: вероятность случайного возникновения конкретной аминокислотной последовательности (или кодирующей ее последовательности нуклеотидов) можно представить как единицу, деленную на это астрономическое число. Это, конечно, относится к единичному химическому событию. Но даже если все подходящие атомы во Вселенной соберутся в нуклеотиды и аминокислоты и все время с момента Большого взрыва будут непрерывно и с максимально возможной скоростью пробовать все возможные сочетания — возникновение именно такой цепочки аминокислот все равно останется практически невероятным: слишком уж велик знаменатель. А ведь это только один белок, причем самый маленький. Любая «молекулярная машина» — ну хоть та же рибосома, на которой синтезируется наш гипотетический белок, — это десятки разных белков. В самой простенькой клетке их около тысячи, в продвинутом многоклеточном организме — десятки тысяч плюс изощренная система регуляции, обеспечивающая синтез каждого белка строго в нужное время в нужном месте. Стоит лишь вспомнить об этом, говорят последователи Хойла, — и станет ясна вся абсурдность предположения, что все это могло возникнуть в результате цепочки случайных событий.

Все это звучит настолько убедительно (особенно когда это излагает маститый ученый, пользующийся заслуженным авторитетом в научном мире), что даже профессиональные биологи, столкнувшись с такими рассуждениями, часто теряются и не знают, что возразить. На самом деле этот «неопровержимый аргумент» уязвим по крайней мере с двух точек зрения.

Во-первых, с таким же успехом можно доказать столь же бесспорную невероятность появления на свет любого конкретного человека — ну хотя бы вас, уважаемый читатель. В самом деле, ваши отец и мать могли не встретиться, не понравиться друг другу, не пожениться и т. д. И даже если бы все шло так, как шло, в день вашего зачатия с вероятностью 50 % мог возникнуть эмбрион другого пола, нежели вы, — который, уж конечно, развился бы совсем в другую личность. Мало того — все те же возможности были и у родителей ваших родителей. И у их родителей — тоже. Перемножаем все эти вероятности хотя бы за пять-шесть последних поколений — и ваше появление на свет становится чудом, неоспоримым доказательством вмешательства высшей силы либо действия неведомых нам законов природы. Но точно такое же рассуждение можно выстроить для любого из окружающих вас людей и вообще для любого человека на Земле. Получается, что все мы — живые опровержения теории вероятностей? Во всяком случае, именно такой вывод из аналогичных рассуждений сделал профессор Цезарь Коуска — придуманный Станиславом Лемом автор книги De impossibilitate vitae, то есть «О невозможности жизни».

Разумеется, любой образованный человек без труда разрешит этот парадокс. Если, скажем, у нас есть генератор случайных шестизначных чисел, то вероятность того, что при конкретном испытании выпадет некое определенное число — ну, скажем, 123 321, — одна миллионная. Но ведь какое-то число выпадет обязательно! Точно так же рождение каждого из нас — результат стечения почти невероятных обстоятельств, но сложись они иначе — на свете просто жили бы какие-то другие люди, порожденные другими цепочками столь же маловероятных совпадений.