Дарвинизм в XXI веке

С этим мнением можно спорить: научные теории утверждают ровно то, что они утверждают, а тот или иной «пафос» им приписывают люди, причем разные люди приписывают разный, порой противоположный пафос. В XIX веке «естественным отбором» порой обосновывали порабощение и даже прямое истребление «отсталых» народов и рас, а уж для всевозможных расистов и сторонников социального неравенства ссылки на теорию Дарвина были едва ли не обязательными. Но в те же годы естественное основание для своих взглядов видели в этой теории и революционные социалисты. И наоборот: идеологи «арийской физики» видели в теории относительности и квантовой механике «отвратительную диалектику» и «большевистский дух», а борцы за идейную чистоту советской физики — «махровый идеализм и поповщину». Так что «противоположность пафосов» ничего не значит — всякой теории можно приписать какой угодно «пафос».

Вопрос, однако, кажется не столь простым, если вспомнить трагическую судьбу Людвига Больцмана. Великий австрийский физик еще в начале своей научной карьеры был восхищен простотой и изяществом дарвиновской теории — он даже назвал XIX век «веком Дарвина» и писал, что «спасение философии, возможно, заключается в теории Дарвина». Впрочем, его преклонение перед автором теории естественного отбора не ограничивалось дифирамбами, а имело весьма конструктивный выход: применение дарвиновского подхода к интересовавшим Больцмана физическим проблемам. Разумеется, речь шла не о прямом переносе в физику основных дарвиновских понятий («изменчивость», «наследственность», «борьба за существование» и т. д.), а именно о сáмом общем подходе: взгляде на макроскопические процессы как на совокупность большого числа независимых микрособытий, исход которых в значительной степени случаен, но при этом сложение множества случайностей дает вполне закономерный макроскопический результат. Именно на этом пути Больцману удалось разработать основы молекулярной физики и, в частности, дать молекулярно-статистическую интерпретацию классической термодинамики. Работы Больцмана выявили физический смысл энтропии и объяснили, почему в любых процессах в замкнутой системе эта величина неизбежно будет возрастать. Собственно говоря, и сама наиболее общая и строгая формулировка Второго закона термодинамики, приведенная выше, стала возможна только в результате работ Больцмана.

Но попытка Больцмана обобщить созданную им модель на открытые системы оказалась более чем неудачной. Строгой количественной модели не получалось, качественные же рассуждения неизбежно приводили к выводу, что эволюционирующая система неизбежно должна деградировать вплоть до полного распада. Получалось, что либо прогрессивная эволюция, ведущая к усложнению эволюционирующей системы, невозможна вовсе — либо что главнейшие теоретические достижения самого Больцмана полностью неверны (как это и утверждали его многочисленные научные противники, среди которых были такие крупные ученые, как Анри Пуанкаре, Эрнст Мах и Вильгельм Оствальд) или, во всяком случае, неприменимы к живым организмам. Эта неудача произвела на Больцмана тяжелейшее впечатление и стала одной из причин хронической депрессии, приведшей в конце концов этого замечательного ученого и мыслителя к самоубийству.

Путь к выходу из тупика, в который уперся Больцман, наметился только в середине ХХ века в работах бельгийского физика российского происхождения Ильи Пригожина. Разумеется, он не опроверг Больцмана — которого, кстати, очень высоко ценил и на идеи которого прямо опирался в собственной работе. Но Больцман, надеясь перейти от замкнутых систем к открытым, пошел самым очевидным путем — попытался для начала рассмотреть процессы и состояния, близкие к тем, которые рассматривала классическая термодинамика (а также его собственная статистическая модель). Именно этот столь естественный подход и загубил все дело: система, параметры которой были близки к равновесному состоянию, могла эволюционировать только к нему. То есть — к максимальной энтропии.

Пригожин пошел прямо противоположным путем, обратившись к системам, находящимся в резко неравновесном состоянии, и к тому же рассматривая не только динамику системы как целого, но и локальные эффекты внутри нее. Результаты оказались довольно неожиданными.

Если некая система находится в резко неравновесном состоянии, это означает, что в ней имеется значительная разница каких-то потенциалов. Это может быть электрический потенциал, разница температур, давления (в жидкости или газе), разность потенциальных энергий, определяемая перепадом высот и т. д. Между такими областями могут возникать потоки вещества, энергии или того и другого, направленные на выравнивание потенциалов: тепло передается от нагретой части к холодной, вода течет вниз, между электрическими полюсами возникает ток — потоки заряженных частиц. Все эти процессы сопровождаются увеличением суммарной энтропии системы — в полном соответствии с представлениями классической термодинамики. Но оказалось, что в самих этих потоках (или в тех средах, через которые они текут) при определенных условиях могут возникать процессы самоорганизации: в некоторой локальной области элементы системы сами собой начинают выстраиваться в высокоупорядоченные структуры и вести себя согласованно. В качестве примера такого спонтанного само-упорядочивания обычно приводят конвекционные ячейки Бенара — правильные шестиугольные структуры, образуемые конвекционными потоками в не слишком толстом слое вязкой жидкости при равномерном подогреве снизу. На самом деле феномены такого рода разнообразны и общеизвестны: это морские течения, сезонные ветры, циклоны и т. д. При этом энтропия областей, вовлеченных в самоорганизацию, снижается, хотя энтропия системы в целом повышается. Получается, что самоорганизующиеся структуры отдают остальным частям системы не только всю причитающуюся им прибавку энтропии, но и кое-что сверх того. Чтобы подчеркнуть парадоксальность такого поведения, Пригожин назвал такие системы диссипативными, то есть «рассеивающими»: происходящее в них повышение упорядоченности происходит за счет ускоренного рассеивания энергии в окружающих их частях «большой» системы.

Созданная Пригожиным неравновесная термодинамика и особенно концепция самоорганизации окончательно сняли мнимое противоречие между эволюционной теорией (а фактически — всей биологией) и термодинамикой: живые организмы с термодинамической точки зрения суть не что иное, как пригожинские диссипативные системы, возникшие и существующие в потоках энергии (будь то солнечный свет или иные виды энергии — см. сноску в начале главы), протекающих в далекой от равновесия макросистеме — Солнечной. Ни индивидуальное развитие живых существ, ни их эволюционные изменения (включая усложнение некоторых из них), ни даже само возникновение жизни из чисто химических веществ и процессов также не противоречат современной термодинамике. И если некоторые авторы продолжают видеть тут какой-то разрыв (напомним, что эссе Роже Кайуа увидело свет в 1972 году — через 25 лет после первых публикаций Пригожина), то это говорит лишь об их слабой осведомленности в тех областях, о которых они берутся судить.

Картину полного взаимопонимания между разными областями современного естествознания портит лишь одно: сегодня, спустя 70 лет после создания неравновесной термодинамики, задача, поставленная Больцманом, остается нерешенной: содержательное количественное описание функционирования (а тем более эволюции) живых систем в категориях термодинамики по-прежнему отсутствует. Хотя за это время и сама «новая термодинамика» отнюдь не стояла на месте[262], и попыток применить ее достижения к анализу биологических явлений и процессов было немало. Но последние оказались слишком сложными, слишком нелинейными, слишком богатыми обратными связями и степенями свободы, так что даже сама возможность строгой термодинамической интерпретации эволюционных процессов в общем виде сегодня выглядит весьма сомнительной.

Что ж, как известно, образцовая научная теория — классическая механика — оказалась неспособной решить в общем виде (то есть для произвольных значений масс, скоростей и взаимного начального расположения) задачу о взаимодействии всего трех тел. И это не отменяет ни ее достижений, ни ее эффективности в решении конкретных задач. То же самое можно сказать и о термодинамическом подходе к проблемам биологии: на его счету уже имеется немало успехов. Существуют целые области теоретических исследований, целиком основанные на термодинамическом или схожем с ним формальном аппарате, и предметом их рассмотрения становятся, в числе прочих, эволюционные процессы (правда, в основном представленные математическими моделями). Однако содержательный рассказ о таких исследованиях требует привлечения соответствующего математического аппарата и в любом случае выходит за рамки темы этой книги.

* * *

Итак, термодинамика благосклонно разрешила жизни усложняться, лишь задав для этого процесса определенные рамки и включив живые организмы в более общий класс самоорганизующихся систем. Но дальнейшее рассмотрение феномена усложнения живых существ в ходе эволюции не осталось исключительной прерогативой самой эволюционной биологии. Идея развития, поступательного движения в сторону все более совершенных форм была слишком важна для европейской мысли Нового времени (и особенно XIX века), а биологическая эволюция была слишком наглядным и удобным «модельным объектом» для нее. Не удивительно, что проблема прогрессивной эволюции никогда не рассматривалась как чисто биологическая, а всегда была вовлечена в общефилософский дискурс. И зачастую понимание этой проблемы куда больше зависело от преобладающих в обществе (или в голове конкретного исследователя) философских взглядов, чем от доступного фактического материала или от нужд самой эволюционной теории.

В следующей главе мы попытаемся по возможности непредвзято взглянуть на этот аспект биологической эволюции.

Глава 18. Прогрессивное броуновское движение

Если попросить людей образованных, но не связанных профессионально с биологией, коротко перечислить основные положения дарвиновской теории эволюции, то очень многие (если не большинство) непременно упомянут принцип «развития от простого к сложному». И очень удивятся, если им сказать, что как раз этого-то утверждения в дарвиновской теории нет — ни в сочинениях самого Дарвина, ни в современных учебниках по эволюционной биологии. И что на протяжении всех полутора веков существования дарвинизма самые разные авторы — от непримиримых оппонентов до некоторых горячих сторонников — именно в отсутствии этого утверждения видели очень существенный недостаток теории естественного отбора.

Можно было бы предположить, что всеобщее убеждение в том, что дарвинизм включает в себя идею прогресса, — феномен сугубо отечественный. Что это наследие советской школьной биологии, где теория эволюции преподавалась в обязательной связке с марксистской философией — как своего рода парадный пример конкретной естественнонаучной теории, идеально воплощающей в своей области все основные тезисы диалектического материализма. (В результате многие из тех, кто учился в этой школе, на полном серьезе полагают, что идея происхождения человека от обезьяны принадлежит Фридриху Энгельсу, а другие, наоборот, считают Дарвина автором тезиса «труд создал человека».) Однако идею «развития от простого к сложному» приписывают Дарвину и авторы, никогда близко не подходившие к советской школе. Например, французский биолог Дидье Рауль — крупнейший специалист по геномике вирусов. В своей остро полемичной статье «Ризома жизни, катастрофы, обмены последовательностей, создание новых генов и гигантские вирусы: как геномика микробов бросает вызов Дарвину», опубликованной в 2012 году, Рауль в числе других положений дарвинизма, которым (по его мнению) «бросают вызов» данные современной геномики, назвал и тезис об усложнении как основном направлении эволюции[263].

Оставим в стороне анекдотичность претензии Рауля, ставящего в вину дарвинизму утверждение, которое не просто отсутствует в этой доктрине, но и противоречит всему ее духу. Итак, одни критикуют дарвинизм именно за то, что в нем нет такого утверждения, а другие искренне считают, что оно в нем есть. Не говорит ли это о том, что многим его не хватает? Что очень многие — как профессиональные биологи, так и просто интересующиеся биологией люди — ждут от эволюционной теории решения этой проблемы?

«Самое удивительное и труднообъяснимое свойство эволюции — ее выраженная общая прогрессивная направленность, движение от простого к сложному», — пишет в своей статье «Эволюционный прогресс» Александр Марков. С этой фразой интуитивно хочется согласиться. Но вдумаемся: а, собственно, почему? Почему «удивительной и труднообъяснимой» кажется именно «прогрессивная направленность»? Почему не тончайшая приспособленность всех без исключения, даже самых нелепых и гротескных (на человеческий, конечно, взгляд) существ к условиям своего обитания и не ошеломляющее разнообразие этих самых существ, их форм и их способов существования? Уж не потому ли, что она — в отличие от целесообразности живых форм и их разнообразия — никак не следует из механизма естественного отбора? А значит, и не объясняется им автоматически. Отсюда и желание «дополнить» или вовсе заменить дарвиновский механизм эволюции чем-нибудь еще — таким, чтобы оно непременно подталкивало эволюционирующие виды и группы в сторону прогрессивного усложнения.

Тут уместно вспомнить о том, что вообще-то идея «лестницы существ» — расположения всех живых организмов по степени сложности их строения — исторически никак не связана с идеей эволюции: она появилась намного раньше. В европейской традиции она известна начиная с Аристотеля. Но ни сам великий греческий мудрец, ни другие авторы[264], размещавшие все живое (а многие — и неживое) на этой «лестнице», не придавали ей эволюционного смысла — это был чисто классификационный прием, способ упорядочить многообразие окружающего мира. Даже знаменитый швейцарский натуралист и философ XVIII века Шарль Бонне, которому принадлежит наиболее подробная и популярная версия «лестницы», никак не соотносил ее с переходом одних видов в другие — несмотря на то, что он допускал возможность такого явления (и, между прочим, был первым, кто употребил по отношению к нему слово «эволюция»). Превращения видов, по мнению Бонне (и многих других трансформистов того времени), не предполагали изменения их положения на «лестнице»: они если и происходили, то в пределах одной «ступеньки».

Впервые идею «лестницы существ» с идеей эволюции соединил Ламарк. Для этого, как мы помним, ему пришлось постулировать два независимых механизма эволюции: способность организмов адекватно изменяться под действием внешних условий (прямо или посредством упражнений) обеспечивает целесообразность и разнообразие живых форм, а заложенное в них внутреннее стремление к прогрессу — их неуклонное усложнение в ряду поколений. Именно этот второй механизм Ламарк считал основным в эволюции — хотя писал о нем куда более скупо и туманно, чем о первом.

Так или иначе уже перед Ламарком стоял неприятный вопрос: если все организмы стремятся к усложнению, почему же сегодня существуют одновременно организмы, очень сильно различающиеся по сложности? Ламарк объяснял это продолжающимся самозарождением живых организмов из неживой материи: дескать, когда одни уже финишируют, другие едва-едва стартовали. Но сейчас мы знаем (см. главу 12), что это невозможно и что все ныне живущие организмы — потомки одной-единственной «попытки к жизни» (даже если на заре становления жизни на Земле имели место и другие попытки такого рода). Кроме того, эволюционная история конкретных групп изобилует примерами радикального упрощения строения (обычно при переходе к паразитическому или сидячему образу жизни) с потерей многих довольно сложных органов и систем. Эти примеры (о которых Ламарк, разумеется, не знал) как-то плохо совмещаются с «внутренним стремлением к прогрессу», даже если допустить самозарождение.

Таким образом, «удивительное и труднообъяснимое свойство эволюции» оказывается еще более загадочным: надо объяснить не только то, почему в ходе эволюции живые организмы усложняются, но и то, почему это делают лишь некоторые из них — в то время как другие совершенно не проявляют тенденции к усложнению, а то и движутся в обратном направлении. Но если так, то встает вопрос: а есть ли вообще у эволюции эта самая «общая прогрессивная направленность»? И если да, то в чем именно она выражается?