Наука души. Избранные заметки страстного рационалиста: читать начало книги онлайн

Кто-то скажет, что на деле различие между двумя этими разновидностями сальтаций провести невозможно. В конце концов, сальтации по типу DC-8 вроде предложенного примера с удлинением шеи жирафа могут показаться очень сложными: мышечные сегменты, позвонки, нервы, кровеносные сосуды – все это должно вытянуться одновременно. Почему бы не счесть такое преобразование сальтацией по типу «Боинга-747» и, соответственно, не отбросить его как невероятное?

Как мы знаем, единичные мутации способны влиять на скорость роста многих различных частей органа, что совсем не удивительно, если задуматься о механизмах индивидуального развития. Когда у Drosophila вследствие единичной мутации вырастает нога на месте антенны, нога эта формируется во всей своей ошеломительной сложности. Но ничего таинственного и поразительного, никакой сальтации по типу «Боинга-747» тут нет, поскольку вся структура ноги существовала в организме еще до мутации. Если где-либо, в том числе и в эмбриогенезе, имеется иерархическая древовидная структура причинно-следственных связей, небольшое изменение в важной точке ветвления может вести к крупным, сложным и многообразным последствиям на кончиках веток. Но сколь бы масштабными ни были такие последствия, серьезным и резким увеличением количества адаптивной информации они сопровождаться не могут. Если вдруг вам покажется, что вы наблюдаете в реальности большое и внезапное увеличение информации, связанной с приспособительной сложностью, будьте уверены: вся информация уже существовала заранее, пусть даже это и атавистический «возврат» к более раннему предку.

Итак, никаких принципиальных возражений против теорий «дерганой эволюции», в том числе даже против теории небезнадежных монстров, нет, при условии что речь идет о сальтациях по типу DC-8, а не «Боинга-747». Ни один образованный биолог на самом деле не верит в возможность последних, но не все достаточно ясно проводили грань между двумя типами сальтаций. Увы, из-за этого креационисты и их приспешники журналисты получили возможность пользоваться высказываниями уважаемых ученых в своих интересах. Биолог может иметь в виду то, что я называю сальтацией по типу DC-8, а то и вообще прерывистое равновесие, никак с сальтациями не связанное, но креационист исходит из того, что сальтация – это нечто названное мною в честь «Боинга-747», а такое событие и в самом деле стало бы божественным чудом.

А еще я задаюсь вопросом, не совершается ли несправедливость по отношению к Дарвину, связанная со все той же неспособностью его критиков вникнуть в разницу между сальтациями по типу DC-8 и «Боинга-747». Нередко утверждается, что Дарвин был всецело предан идее градуализма, а следовательно, если будет доказано существование каких-либо эволюционных рывков, он окажется неправ. Несомненно, причина шумихи и рекламы, коих удостоилась теория прерывистого равновесия, именно в этом. Но действительно ли Дарвин выступал против любых скачков? Или же, как я подозреваю, он отвергал только сальтации по типу «Боинга-747»?

Как мы уже видели, прерывистое равновесие не имеет ничего общего с сальтациями, но в любом случае я совершенно не уверен, что пунктуалистские толкования палеонтологической летописи привели бы Дарвина в замешательство, как это часто предполагают. Следующий отрывок из последних изданий «Происхождения видов» звучит как взятый из современного выпуска журнала Paleobiology: «…Период, в продолжение которого каждый вид подвергался модифицированию, хотя и очень продолжительный, если измерять его годами, был, вероятно, короток по сравнению с тем временем, в течение которого вид не подвергался какому-либо изменению»[107]. Думаю, мы сможем лучше понять суть общей склонности Дарвина к градуализму, если не будем забывать о различии между двумя разновидностями сальтаций.

Не исключено, что отчасти проблема здесь в том, что и сам Дарвин не проводил этого различия. В некоторых из его антисальтационистских пассажей он как будто бы имеет в виду сальтации по типу DC-8. Но в таких случаях он не слишком настойчив. «Что касается внезапных скачков, – пишет он в письме, датированном 1860 годом, – то я против них не возражаю: порой они были бы мне в помощь. Могу только сказать, что я занимался данным вопросом и, не найдя доказательств, которые заставили бы меня признать скачки́ [в качестве источника новых видов], нашел много таких, что указывали совсем в другом направлении». Это не похоже на речь страстного, принципиального противника возможности резких скачков. Да и не было, разумеется, никакой причины страстно протестовать, если речь шла только о сальтациях по типу DC-8.

В других же случаях – когда он думает, как я полагаю, о сальтациях по типу «Боинга-747» – Дарвин и в самом деле не на шутку пылок. Историк Нил Гиллеспи формулирует это так: «С точки зрения Дарвина, рождение уродов – доктрина, которой как по научным, так и по чисто богословским мотивам благоволили Чемберс, Оуэн, Аргайл, Майварт и прочие, – в качестве способа объяснять возникновение новых видов, а то и более крупных таксонов было ничем не лучше чуда, поскольку эта доктрина „никак не касается вопроса о приспособленности живых существ друг к другу и к физическим условиям их обитания, оставляя его без ответа“. Это было не объяснение, а полное отсутствие такового – оно обладало не большей научной ценностью, чем „сотворение из праха земного“».

Итак, враждебное отношение Дарвина к возможности сальтаций посредством уродств имеет смысл, если предположить, что он рассуждал о сальтациях по типу «Боинга-747» – о внезапно сфабрикованной новоявленной приспособительной сложности. Крайне вероятно, что так оно и было, ведь многие из его оппонентов имели в виду именно это. Такие сальтационисты, как герцог Аргайл (но вряд ли такие, как Гексли), хотели верить в сальтации по типу «Боинга-747» как раз потому, что для них необходимо сверхъестественное вмешательство. Дарвин не верил в них ровно по той же причине.

Думаю, подобный взгляд приводит нас к единственной разумной трактовке знаменитого дарвиновского высказывания: «Если бы можно было показать наличие такого сложно устроенного органа, который не мог сформироваться в ходе многочисленных последовательных незначительных модификаций, моя теория потерпела бы полный крах». Это не призыв в поддержку градуализма, как его понимают современные палеобиологи. Теория Дарвина фальсифицируема, но он был слишком благоразумен, чтобы опровергнуть его теорию было настолько просто! С какой стати ему было обрекать себя на такую произвольным образом ограниченную версию эволюции – версию, прямо-таки напрашивающуюся на то, чтобы ее опровергли? По-моему, ясно, что он не собирался делать ничего подобного. Решающее слово в его рассуждениях – «сложно». Гулд характеризует этот отрывок из Дарвина как «очевидно необоснованный». Так оно и есть, если альтернативой незначительным модификациям считать сальтации по типу DC-8. Но если в качестве альтернативы рассматривать сальтации по типу «Боинга-747», то дарвиновское высказывание окажется и правомерным, и очень мудрым. Его теория действительно фальсифицируема, и процитированный отрывок указывает нам, каким образом ее можно было бы опровергнуть.

Таким образом, существуют две вообразимые разновидности сальтаций: по типу DC-8 и по типу «Боинга-747». В первых нет абсолютно ничего невероятного: они бесспорно случаются в лабораториях и на фермах и вполне могли время от времени вносить свой вклад в эволюцию[108]. Если не прибегать к влиянию сверхъестественных сил, то сальтации по типу «Боинга-747» можно исключить исходя из статистических соображений. Во времена Дарвина как сторонники, так и противники сальтационизма зачастую подразумевали сальтации по типу «Боинга-747», поскольку либо верили в божественное вмешательство, либо занимались его опровержением. Дарвин неприязненно относился к этой разновидности сальтаций, поскольку справедливо считал, что в качестве объяснения приспособительной сложности естественный отбор представляет собой альтернативу чудесам. В наши дни сальтациями называют или прерывистое равновесие (которое вообще никакая не сальтация), или же преобразования по типу DC-8. Ни то ни другое, судя по всему, не вызывало у Дарвина веских и принципиальных возражений – разве что сомнения насчет фактов. Следовательно, я не думаю, что в контексте современных дискуссий стоит вешать на Дарвина ярлык убежденного градуалиста. Подозреваю, что в нынешних обстоятельствах он проявил бы себя человеком весьма широких взглядов.

Дарвин был ярым градуалистом только в том смысле, что враждебно относился к идее сальтаций по типу «Боинга-747», и в этом смысле мы все должны быть градуалистами, причем не только в том, что касается жизни на Земле, но и по отношению к жизни где угодно во Вселенной. В сущности, такой градуализм – синоним эволюционизма. Тот смысл, в каком нам позволено не быть градуалистами, куда менее радикален, хотя тоже небезынтересен. На телевидении, и не только там, теорию «дерганой эволюции» провозглашали как радикальную и революционную – как сдвиг парадигмы. Она и в самом деле может быть истолкована как революционная, но это ее толкование (макромутации по типу «Боинга-747») совершенно точно ошибочно и, судя по всему, не разделяется самими авторами теории. В том смысле, в каком эта теория может быть верной, она не содержит в себе ничего такого уж революционного. Тут приходится выбирать между двумя видами рывков: революционными или истинными – только одно из двух.

Теория 5. Случайная эволюция

Различные теории из этого семейства были модными в разные времена. «Мутационисты» начала XX века (Хуго де Фриз, Уильям Бэтсон и их коллеги) полагали, будто отбор годится только на то, чтобы отсеивать пагубные уродства, а подлинный двигатель эволюции – мутационное давление. Если вы не считаете мутации направляемыми некой загадочной жизненной силой, вам должно быть довольно очевидно, что стать мутационистом можно, только забыв о приспособительной сложности – иными словами, о большинстве тех результатов эволюции, которые представляют хоть какой-нибудь интерес! Историков завораживает непостижимая тайна: почему такие выдающиеся биологи, как де Фриз, Бэтсон и Томас Хант Морган, могли удовлетворяться столь явно неполноценной теорией? Объяснения, будто де Фризу застило глаза то, что он работал только на одном объекте – на энотере, – недостаточно. Ему стоило лишь взглянуть на приспособительную сложность своего собственного организма, чтобы убедиться: «мутационизм» – не просто ошибочная теория, он недостоин даже рассмотрения.

Упомянутые постдарвинистские мутационисты были также сальтационистами и антиградуалистами, и Майр рассматривает их под этим углом, но тот аспект их взглядов, который я собираюсь подвергнуть здесь критике, более фундаментален. Похоже, они действительно думали, будто мутаций самих по себе, без отбора, достаточно, чтобы объяснить эволюцию. Такое просто невозможно при любом немистическом взгляде на эволюцию – неважно, градуалистском или сальтационистском. Если мутации ненаправленны, ими явно нельзя объяснить эволюционную тенденцию к адаптациям. Если же они направлены в сторону приспособлений, то мы вправе поинтересоваться: как это происходит? Ламарковский принцип упражнения – неупражнения органов был по крайней мере отважной попыткой предложить способ, каким изменчивость могла бы вести к усовершенствованию. Ну а так называемые мутационисты, похоже, даже не видели здесь затруднения – возможно, потому что недооценивали роль адаптаций (и они не были последними, кто ее недооценивал). Теперь нам приходится читать с иронией едва ли не мучительной, как Бэтсон отправляет Дарвина в утиль: «Как большинство из нас сегодня видит, преобразование популяционных масс незначительными шажками, движимыми отбором, настолько не соответствует действительности, что остается только изумляться… отсутствию проницательности у защитников такой позиции».

В наши дни некоторые популяционные генетики называют себя сторонниками «недарвиновской эволюции». Они полагают, что при эволюционном процессе существенная часть генных замен представляет собой неприспособительные вытеснения одних аллелей другими, ничем не отличающимися по своим эффектам. Это вполне может быть правдой, но, очевидно, никак не помогает разрешить проблему эволюции сложных адаптаций. Современные приверженцы генетического нейтрализма согласны с тем, что их теория не в состоянии объяснить приспособления.

Выражение «случайный дрейф генов» часто упоминают в связи с именем Сьюэлла Райта. Однако его идея о взаимосвязи между случайным дрейфом и адаптациями существенно хитроумнее вышеназванных теорий. Райт не попадает в пятую категорию из майровского списка, поскольку однозначно считает отбор движущей силой приспособительной эволюции. Дрейф генов может играть отбору на руку, способствуя отклонению от локальных оптимумов, но к возрастанию сложности адаптаций ведет все равно отбор[109].

Не так давно палеонтологи добились захватывающих результатов при помощи компьютерной симуляции «случайного филогенеза». Это хождение наугад сквозь геологические эпохи обнаруживает тенденции, выглядящие до жути реальными. Пугающе просто и соблазнительно углядеть в такой случайной филогении якобы приспособительные направления, которых на самом деле там нет. Но отсюда следует не то, что тенденции к адаптации, которые действительно имеют место, объяснимы случайным дрейфом, а скорее то, что мы слишком внушаемы и легковерно склонны всюду видеть приспособительный тренд. Это не отменяет того факта, что существуют некоторые и вправду адаптивные тенденции, даже если на деле мы не всегда верно их определяем, и такие настоящие приспособительные направления эволюции не могли быть созданы дрейфом генов. Их должна была произвести некая неслучайно направленная сила – предположительно, отбор.

Итак, мы наконец подходим к шестой из перечисленных Майром эволюционных теорий.

Теория 6. Случайная изменчивость, направляемая

(упорядочиваемая) естественным отбором

Дарвинизм – неслучайный отбор из варьирующих случайным образом единиц репликации, идущий на основании производимых теми фенотипических эффектов, – это единственная известная мне сила, которая в принципе способна направлять эволюцию в сторону сложных адаптаций. Она действует на нашей планете. Она не страдает ни одним из недостатков, создающих затруднения для теорий из других пяти групп, и у нас нет никаких причин сомневаться в ее эффективности где бы то ни было во Вселенной.

В общем виде рецепт дарвиновской эволюции непременно включает в себя некие реплицирующиеся сущности, обладающие неким фенотипическим влиянием на успешность собственного самовоспроизводства. В своей книге «Расширенный фенотип» я назвал эти единицы отбора «активными репликаторами зародышевого пути», или «оптимонами». Важно, чтобы процесс их репликации был формально отделен от их фенотипических эффектов, даже если на некоторых планетах это разграничение будет непросто разглядеть. Приспособления фенотипов следует рассматривать как инструменты для распространения репликаторов.

Гулд пренебрежительно отказывается рассматривать эволюцию с позиции репликаторов, говоря, что такая точка зрения слишком озабочена «книгами учета». На поверхностный взгляд, это удачная метафора: легко представить себе генетические изменения, сопровождающие эволюцию, в виде записей в учетную книгу – простых бухгалтерских отчетов о тех фенотипических событиях, которые происходят во внешнем мире и по-настоящему интересны. Однако, если как следует подумать, приходишь к выводу, что на самом деле все обстоит почти с точностью до наоборот. Главным и необходимейшим условием для дарвиновской эволюции (в отличие от ламаркистской) является наличие причинно-следственных связей, ведущих от генотипа к фенотипу, но не в обратном направлении. Изменение частоты генов – это не пассивная отчетная запись о фенотипических преобразованиях: фенотип может эволюционировать именно потому, что оно влияет на его изменения (и именно в той степени, в какой оно на них влияет). Источником серьезных заблуждений служит как неспособность понять важность такой однонаправленности воздействия[110], так и ее переоценивание – непоколебимый и непреклонный «генетический детерминизм».

Рассуждения об универсальности подводят меня к необходимости подчеркнуть различие между тем, что я назову «одноступенчатым» и «накапливающим» отбором. В мире неживых объектов порядок бывает результатом процессов, которые можно описать как своего рода зачаточную разновидность отбора. Гальку на морском берегу волны сортируют таким образом, что крупные и мелкие камешки располагаются отдельными слоями. Мы вправе рассматривать это как пример отбора, создавшего некую стабильную конфигурацию из исходной, более хаотичной. То же самое можно сказать о «гармоничном» взаимном расположении орбит, по которым планеты вращаются вокруг звезд, а электроны – вокруг атомных ядер, о форме кристаллов, пузырей и капель и даже, вероятно, о размерности той вселенной, где мы с вами находимся. Но все это одноступенчатый отбор. Он не приводит к эволюционному прогрессу, поскольку тут нет репликации, нет смены поколений. Для возникновения сложных адаптаций требуются многие поколения накапливающего отбора, каждое из которых видоизменяется, опираясь на результаты предшествующих изменений. При одноступенчатом отборе возникает и затем поддерживается стабильное состояние. Оно не размножается, не дает потомства.

В живой природе отбор, действующий на любое отдельно взятое поколение, – одноступенчатый, аналогичный сортировке камешков на берегу. Уникальная особенность жизни состоит в том, что следующие друг за другом поколения, подвергаясь такому отбору, постепенно накапливают изменения и в конце концов создают структуры достаточно сложные для того, чтобы производить стойкую иллюзию разумного замысла. Одноступенчатый отбор обычен для мира физики и не способен давать начало сложным адаптациям. А накапливающий отбор – отличительная черта биологии и, как я думаю, лежит в основе любых сложных приспособлений.

Прочие вопросы, которые станут предметом

исследований для такой будущей научной дисциплины,

как универсальный дарвинизм

Итак, активные репликаторы зародышевого пути вкупе с фенотипическими результатами их деятельности – вот в общем виде рецепт для получения жизни. Однако внешние признаки такого устройства могут значительно варьировать от планеты к планете, причем в отношении как самих реплицирующихся объектов, так и «фенотипических» средств, которыми те обеспечивают свое выживание. Более того, Лесли Оргел справедливо обратил мое внимание на то, что само различие между «генотипом» и «фенотипом» может оказаться смазанным. Материалом для репликации не обязательно должна быть ДНК или РНК. Это вообще не обязательно должны быть органические молекулы. Возможно, даже на нашей планете ДНК – позднейший узурпатор, перехвативший инициативу у какого-то более раннего неорганического репликатора с кристаллической структурой[111].

Подлинно универсальная дарвиновская наука должна будет принимать во внимание свойства репликаторов, не связанные ни с подробностями их строения, ни со скоростью их копирования. Например, степень их «дискретности» – в смысле «несмешиваемости» – может иметь для эволюции более важное значение, чем особенности их молекулярной и физической природы. Точно так же не исключено, что для классификации репликаторов в масштабе Вселенной придется обращать внимание не столько на их размер и структуру, сколько на принципы кодирования и размерность. ДНК – одномерная последовательность данных с цифровым кодом. Можно себе представить некий «генетический» код в виде двумерной матрицы. Даже трехмерный код вполне вообразим, хотя универсальные дарвинисты будут, вероятно, обеспокоены тем, как он мог бы «считываться». (Разумеется, ДНК – это молекула, чья трехмерная структура обусловливает механизмы ее репликации и транскрипции, но это не делает ее код трехмерным. Смысл содержащейся в ДНК информации определяет одномерная последовательность символов, а не их трехмерное расположение друг относительно друга внутри клетки.) Также могут обнаружиться теоретические проблемы, связанные с аналоговыми кодами (но несвойственные цифровым), – вроде тех, какие возникли бы, будь нервные системы полностью аналоговыми[112].

[107] Ч. Дарвин, «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь», глава X, перевод К. А. Тимирязева, М. А. Мензбира, А. П. Павлова и И. А. Петровского. – Прим. перев.

[108] Позже я развил эту мысль, сформулировав в 1989 г. такое понятие, как «эволюция способности к эволюции» (в сборнике «Искусственная жизнь» под редакцией Кристофера Лэнгтона). Я высказал предположение, что, пусть и изредка, некоторые ключевые эволюционные этапы могли происходить в виде внезапных сальтаций. У самого первого сегментированного животного было, несомненно, два сегмента, а никак не полтора. (Почти все теории происхождения сегментированных животных предполагают, что первичных сегментов было больше двух. Обсуждение этой проблемы на русском языке см., например, здесь: Малахов В. В. Новый взгляд на происхождение билатерий. Природа, 2004, № 6, с. 31–39. – Прим. науч. ред.)

[109] Сьюэлл Райт был единственным американцем в великом триумвирате (двумя другими представителями которого были Рональд Фишер и Джон Бёрдон Холдейн), основавшем популяционную генетику и примирившем дарвинизм с менделевскими законами наследственности. Райт не возражал против важности генетического дрейфа для эволюции. Но в дрейфе он видел механизм, который – не напрямую, косвенно – мог совершенствовать приспособления. При сильном давлении отбора одна из проблем, хорошо известная инженерам по их алгоритмам поиска экстремумов, – это оказаться в ловушке локального оптимума, на холмике рядом с недосягаемой горой. Райтовская версия концепции случайного дрейфа генов позволяет филогенетической линии спуститься с холмика в долину, после чего отбор сможет взять дело в свои руки и двинуть эволюцию вверх по склонам куда более высокой горы. По мнению Райта, дрейф, перемежающийся с отбором, позволяет достигнуть большего совершенства адаптаций, чем отбор мог бы сделать самостоятельно. Замечательное, блестящее предположение!

[110] Однонаправленность воздействия генотипа на фенотип – генов на организмы – становится очевидной при сопоставлении последствий генной мутации (изменений в организмах следующих поколений) и «мутации» организма, когда животное, скажем, лишается ноги. Последнее изменение никак не воспринимается следующими поколениями. Существует однонаправленная причинная зависимость, ведущая от генов к организму, и она необратима. Я поражен, что Гулд умудрился проглядеть это в своей «бухгалтерской» метафоре. Сравнение с учетными книгами упускает самую суть, что глубоко симптоматично.

[111] Это предположение было убедительно высказано шотландским химиком Грэмом Кернсом-Смитом. Его теорию я подробно изложил в книге «Слепой часовщик» – не потому что уверен в ее правильности, а потому что она очень ясно подчеркивает основополагающую важность репликации для возникновения жизни.

[112] Проблема нервных систем – то, что в инженерном деле называют случайным шумом. При любом процессе передачи информации или усиления сигнала добавляются некоторые помехи. В силу особенностей своего функционирования нейроны более подвержены помехам, чем, к примеру, телефонные провода. Точно так же как современные телефонные системы, все больше и больше переходящие от аналоговой передачи данных к цифровой, нейроны передают информацию посредством не столько силы импульсов (аналоговой величины), сколько их распределения во времени. Более полное обсуждение различий между аналоговыми и цифровыми системами представлено сравнением с сигнальными огнями и Непобедимой армадой в эссе «Наука и страсти нежные» из первого раздела этого сборника.