По образу и подобию

Плодитесь и размножайтесь

С помощью электронных существ можно подступиться к вопросам колоссального философского и теоретического значения. Среди них проблема самовоспроизведения машин — иными словами, моделирования ими процесса размножения.

В теории такую возможность рассмотрел и обосновал американский математик Джон фон Нейман.

В теории — потому, что размножающаяся машина, производящая себе подобные машины, должна быть, по расчетам фон Неймана, чрезвычайно сложной — насчитывать более 200 тысяч элементов. Сейчас машины делают продукцию, несравненно более простую, чем они сами (сравните хоть токарный станок-автомат и детали, которые он обрабатывает).

На определенном уровне сложности, согласно Нейману, это правило перестанет соблюдаться; больше того, машины смогут не только повторять себя, но и создавать собственные «улучшенные и исправленные издания».

Конечно, до 200 000-элементной машины еще далеко… Но советские ученые А. Колмогоров и Ю. Оффман как будто сумели показать, что есть возможность добиться «размножения» и у менее сложных машин. Они построили математические схемы воспроизведения автоматов, состоящих всего из нескольких десятков элементов. Конечно, от математических конструкций до конструкций из металла, пластмасс и т. д. расстояние изрядное. Но вся история науки, а особенно история кибернетики, — длинный ряд воплощений в жизнь теоретических предсказаний ученых. Раньше или позже… Впрочем, скорее раньше, чем позже. Один из симптомов этого — уже существующие модели «машинного размножения».

Их предложил и изготовил Джекобсон. Все гениальное — просто. Если бы было справедливо и обратное правило, Джекобсон наверняка заслужил бы титул гения за свои модели или, как он их назвал, «воспроизводящие устройства». Причем созданы они уже довольно давно.

Предпосылки работы Джекобсона в его собственном изложении таковы. К концу 50-х годов нашего века ученым уже удалось построить неживые модели большинства функций живых существ… Удалось промоделировать и движение, и энергетический обмен со средой, и накопление энергии, и восприятие, и реакцию на раздражители. Он даже полагает, что такими моделями отдельных функций животных служат созданные в чисто практических целях автомобиль, паровая машина, аккумуляторная батарея, вычислительная машина и так далее. Среди основных функций только с моделированием размножения дело обстоит хуже. Вот Джекобсон и решил заполнить этот пробел.

Исходил он при «заполнении» его из следующего.

Для любого процесса воспроизведения необходимы: 1) среда, в которой свободно перемещается «пища» в виде случайных элементов или частей; 2) достаточное количество этих частей; 3) источник энергии для сборки элементов и 4) протоиндивидуум, состоящий из этих частей и способный брать новые такие же части из среды и синтезировать их в собственную копию.

А части необходимы такие: двигатель, прибор для правильного отбора частей и нечто вроде плана этого отбора. Двигатель Джекобсон сопоставляет с мышцами, систему для отбора частей — с глазами, а план отбора — с хромосомным аппаратом животного, который содержит в себе план построения организма. «План» должен заставлять «двигатель» перемещать «глаза», которые отбирают детали, двигатель соединяет их по плану — и получается копия устройства, или «детеныш».

Однако это только общая схема, от которой Джекобсон оттолкнулся. Для простоты он каждую деталь снабдил двигателем, сделав ее самодвижущейся тележкой. «Протоиндивидуум», будущий родитель, состоит всего из двух таких тележек. На первой (А) — «мозг», содержащий план действий, на второй (В) — «мышцы» и «глаза».

«Среда» у Джекобсона всего лишь замкнутая дорожка, по которой беспорядочно двигаются тележки А и тележки В, не соединенные между собой. Но внутрь этого «большого кольца» отходит несколько коротких веток (Джекобсон использовал для этой цели самую обыкновенную модель железной дороги).

На первой из боковых веток по воле экспериментатора оказываются тележки А и В одна за другой. Вместе соединенные, они и представляют собой праотца всех будущих поколений ВПУ (воспроизводящих устройств).

Тележка А несет «мозг» с планом; с нее передается тележке В приказ: «Подстереги, когда тележка А на замкнутой дорожке приблизится ко второй ветке, и переведи стрелки так, чтобы тележка туда попала. Затем закрой ветку».

Приказание выполняется, о чем «глаза» и «мышцы» уведомляют «мозг». Тогда тот отдает новый приказ: «Подстереги, когда тележка В на замкнутой дорожке приблизится ко второй ветке, и открой стрелки, чтобы тележка В попала туда».

Узнав о том, что его предыдущее приказание выполнено, «мозг» приказывает «глазам» и «мышцам» больше не открывать стрелок. С выведением потомства «жизнь» «родителя» закончена. Первое «поколение» ВПУ выбывает из игры. Но на второй ветке уже имеется представитель второго поколения. Он и продолжит род. Так до тех пор, пока не будут использованы все детали или пока не будут заняты все боковые ветки модели. Впрочем, возможен и третий конец: где-то одна из тележек ошибется. A отдаст неверный приказ, или В неправильно выполнит верный. В результате, скажем, тележка В нового организма окажется впереди А. Конечно, такой «вид» ВПУ погибнет, не оставив «потомства».

Можно ли все это считать моделью воспроизведения? И не слишком ли сложна пища в виде тележек? Не чересчур ли все это просто?

Всякая модель в принципе есть некое упрощение (на этом сходятся, между прочим, все определения термина «модель», независимо от свой широты). А потом… Ведь мы с вами, если судить только по составу пищи, гораздо менее сложны, чем самый обыкновенный пшеничный колос. Он нуждается в сверхпростых соединениях — вроде минеральных солей. А нам нужны «лишь» белки, жиры и углеводы, причем прежде всего самое сложное в этом наборе — белки.

Другое дело, что в природе не бывает, чтобы один «родитель» имел одного «ребенка», и не больше. Ведь тогда любой вид окажется обреченным на быструю гибель. Этот недостаток ВПУ можно исправить, заставив боковые ветки еще ветвиться, чтобы каждый «организм» мог собрать рядом с собой не одну свою копию, а две.

Гораздо серьезнее другое различие между моделью и размножением в природе. Каждая тележка А в «среде» уже несет в себе план построения «организма». При размножении же организм сам создает планы для своих потомков. Это чрезвычайно важный факт, его нельзя не отразить в модели.

Модель самовоспроизведения должна и собирать новые организмы и производить планы для них.

Джекобсон находит, что это возможно. В организме план — хромосомный набор, в ВПУ — перфокарта. Значит, надо дополнить ВПУ третьей тележкой (С). Она во всем похожа на тележку В. Кроме одного — В несет теперь перфокарту — план и перфорирующее устройство, а С — всего лишь чистую карту, на которой можно пробить дырочки, превратив ее в «хромосому». По замкнутой дорожке — «среде» — двигаются теперь только тележки А и С. Тележка В сначала всего одна, и находится она в составе «организма». Но ее перфорирующее устройство срабатывает, превращая следующую за ней тележку С в новую тележку В. После этого бывшая С, а ныне В отделяется и передается в новый организм, собирающийся по старому принципу, только уж не из двух, а из трех тележек.

Наконец, сравнительно несложно сделать так, чтобы после «смерти» отдельных «организмов» их составные части возвращались на дорожку «среды», чтобы их можно было вновь использовать. Ведь в живой природе имеет место постоянный круговорот веществ.

Характерно, что ВПУ — простые собрания очень сложных частей.

Самая сложная часть живого организма — хромосомы. Их аналог в ВПУ — перфокарта, наоборот, представляет собой самую простую часть модели.

И все-таки модели типа ВПУ обещают многое. Сам Джекобсон предлагает, например, заглянуть с их помощью в таинственную область происхождения жизни.

Первые живые существа на Земле тоже должны были состоять из очень небольшого числа частей. Некоторые из этих частей могли бы, по мнению Джекобсона, нести на себе готовые планы целого организма так же, как несут их тележки А в простейшей форме ВПУ.

По подсчетам ряда ученых получается, что сложность первых живых существ должна была быть примерно того же порядка, что и сложность ВПУ. Словом, в начале эволюции могли, как будто, стоять существа, во многом принципиально схожие с моделями Джекобсона — хотя бы бедностью содержащейся в них информации и способами ее передачи потомству.

Постепенно в процессе эволюции эти существа становились все сложнее.

Ну, а можно ли промоделировать эволюцию?