Сліпий годинникар: як еволюція доводить відсутність задуму у Всесвіті

Рис. 3

Кожне з цих дерев має свою власну, унікальну «генетичну формулу» — числові значення його дев’яти генів. Я не виписував ці формули тут, бо самі по собі вони вам нічого не скажуть. Для реальних генів це теж справедливо. Щось «говорити» гени починають, лише коли перетворюються (шляхом синтезу білків) на правила зростання для ембріона, що розвивається. Та й у комп’ютерній моделі так само: числові значення дев’яти генів говорять щось, лише коли перетворюються на правила росту для схеми розгалуження дерева. Але отримати уявлення про діяльність кожного гена можна, порівнюючи два організми, відомі своєю відмінністю щодо певного гена. Порівняйте, наприклад, базове дерево в центрі зображення з двома деревами обабіч, і ви матимете певне уявлення про діяльність гена 5.

Саме цим і займаються, зокрема, генетики в реальному житті. Як правило, вони не знають, як гени проявляють свій вплив на ембріон. Не знають вони й повної генетичної формули будь-якої тварини. Однак порівнюючи тіла двох дорослих тварин, відомих своєю відмінністю за одним-єдиним геном, вони можуть побачити, у чому полягає вплив цього одного-єдиного гена. Насправді все складніше, бо впливи генів взаємодіють складнішими способами, ніж просте додавання. Те саме справедливо й для комп’ютерних дерев. Навіть дуже, як покажуть наступні рисунки.

Ви побачите, що всі форми є симетричними в проекції ліворуч/праворуч. Це обмеження, яке я наклав на процедуру РОЗВИТКУ. Я зробив це почасти з естетичних міркувань, почасти щоб зекономити на кількості (якби гени не проявляли впливи на дві сторони дерева у дзеркальному відображенні, нам знадобилися б окремі гени для лівого й правого боків), а почасти — сподіваючись отримати форми, схожі на тварин (а тіла більшості з них є доволі симетричними). З тієї самої причини відтепер я називатиму ці створіння не «деревами», а «тілами» чи «біоморфами». Біоморфи — це назва, вигадана Десмондом Моррісом для розпливчасто тваринних форм на його сюрреалістичних картинах. Ці картини посідають особливе місце серед моїх уподобань, бо одна з них була відтворена на обкладинці моєї першої книжки. Морріс стверджує, що біоморфи «еволюціонують» у його свідомості та що їхню еволюцію можна простежити в його роботах.

Повернімося до комп’ютерних біоморфів і кільця з 18 можливих мутантів, вісім представників якого зображені на рисунку 3. Оскільки кожен із них перебуває лише в одному мутаційному кроці від центрального біоморфа, нам буде легко уявити їх дітьми цього центрального предка. Ми маємо свій аналог РОЗМНОЖЕННЯ, який, подібно до РОЗВИТКУ, можна оформити в іншу невеличку комп’ютерну програму, готову для введення в нашу велику програму під назвою ЕВОЛЮЦІЯ. Говорячи про РОЗМНОЖЕННЯ, слід звернути увагу на два моменти. По-перше, поняття статі тут не відіграє жодної ролі — розмноження є безстатевим. Тому я уявляю біоморфів самицями, бо безстатеві тварини на кшталт попелиць майже завжди є самицями за своєю основною формою. По-друге, всі мої мутації обмежені тим, що відбуваються по одній за раз. Дитя відрізняється від своєї матері лише за одним із дев’яти генів. Більше того, кожна мутація додає або віднімає 1 до/від значення відповідного материнського гена. Усе це лише довільні умови, вони могли би бути іншими, але все одно залишалися б біологічно реалістичними.

Того самого не можна сказати про таку особливість моделі, що втілює фундаментальний принцип біології. Форма кожної дитини не походить напряму від форми матері. Кожна дитина отримує свою форму від значень її власних дев’яти генів (що впливають на кути, довжини і т. ін.). При цьому кожна дитина отримує свої дев’ять генів від дев’яти генів своєї матері. Саме так відбувається в реальному житті. Через покоління передаються не тіла, а лише гени. Гени впливають на ембріональний розвиток тіла, в якому вони сидять. Потім ті самі гени або передаються наступному поколінню, або ні. Участь у розвитку тіла не впливає на природу цих генів, але успіх тіла, яке вони допомогли створити, може впливати на ймовірність передавання їх далі. Ось чому для комп’ютерної моделі важливо, що дві процедури — РОЗВИТОК і РОЗМНОЖЕННЯ — прописані окремо, як два герметичні відсіки. Вони герметичні, за винятком того, що РОЗМНОЖЕННЯ передає значення генів до РОЗВИТКУ, де вони впливають на правила росту. РОЗВИТОК у жодному разі не передає значення генів назад, до РОЗМНОЖЕННЯ, — це було б рівноцінно ламаркізму (див. розділ 11).

Отже, ми зібрали два наші програмні модулі, позначені як РОЗВИТОК і РОЗМНОЖЕННЯ. РОЗМНОЖЕННЯ передає гени наступним поколінням із можливістю мутації. РОЗВИТОК бере гени, надані РОЗМНОЖЕННЯМ у будь-якому конкретному поколінні, й переводить ці гени у процес малювання, тобто в зображення якогось тіла на екрані комп’ю­тера. Настав час звести обидва модулі разом, у велику програму під назвою ЕВОЛЮЦІЯ.

По суті, ЕВОЛЮЦІЯ складається з нескінченного повторення РОЗМНОЖЕННЯ. У кожному поколінні РОЗМНОЖЕННЯ бере гени, надані йому попереднім поколінням, і передає їх наступному, але з незначними випадковими помилками — мутаціями. Мутація полягає лише в додаванні до значення випадково обраного гена +1 чи –1. Це означає, що зі зміною поколінь загальний обсяг генетичної відмінності від вихідного предка може стати дуже великим, накопичившись по одному маленькому кроку за раз. Хоча мутації є випадковими, накопичувальна зміна впродовж поколінь не випадкова. У будь-якому поколінні потомство відрізняється від свого предка у випадкових напрямках. Але вибір потомства для просування в наступне покоління не є випадковим. Саме тут на сцені з’являється дарвінівський відбір. Критерієм відбору є не самі гени, а тіла, на форму яких вони впливають у процесі РОЗВИТКУ.

На додачу до РОЗМНОЖЕННЯ гени в кожному поколінні зазнають також РОЗВИТКУ, який вирощує відповідне тіло на екрані, дотримуючись своїх власних чітко встановлених правил. У кожному поколінні відображається весь «виводок» «дитинчат» (тобто особин наступного покоління). Усі ці дитинчата є мутантними нащадками одного предка, і кожен із них відрізняється від нього якимось одним геном. Така висока частота мутацій є явно не біологічною рисою комп’ютерної моделі. У реальному житті ймовірність того, що ген мутує, часто становить менше одиниці на мільйон. Причина ж вбудовування в модель високої частоти мутацій полягає в тому, що дійство на екрані комп’ютера призначене для людських очей, а люди не мають терпіння чекати однієї мутації мільйон поколінь!

Людському оку взагалі відведена в цій історії активна роль. Воно є чинником відбору. Воно вивчає всіх нащадків у виводку й обирає одного для розведення. Після цього відібраний стає предком наступного покоління, і на екрані одночасно відображається виводок уже його мутантних дитинчат. Людське око тут робить достоту те саме, що й під час розведення породистих собак чи преміальних троянд. Іншими словами, наша модель є, строго кажучи, моделлю штучного, а не природного відбору. Критерієм «успіху» є не безпосередній критерій виживання, як у справжньому природному відборі. За справжнього природного відбору, якщо якийсь організм має все необхідне для виживання, його гени виживають автоматично, бо вони сидять у нього всередині. Тому генами, що виживають, зазвичай автоматично стають ті, які надають організмові якості, що допомагають йому вижити. У комп’ютерній же моделі критерієм відбору є не виживання, а здатність задовольнити людську примху. Не обов’язково необґрунтовану, випадкову примху, бо ми можемо прийняти рішення послідовно відбирати об’єкти за якоюсь якістю на кшталт «схожості з плакучою вербою». Проте зі свого досвіду можу сказати, що людина-відбірник нерідко є вибагливою й непостійною. Чим теж не надто відрізняється від певних типів природного відбору.

Людина наказує комп’ютеру, кого саме з нинішнього виводка нащадків розводити. Гени відібраного передаються в РОЗМНОЖЕННЯ, і починається нове покоління. Подібно до еволюції в реальному житті, цей процес триває нескінченно. Кожне покоління біоморфів відділяє від його попередника та наступника лише один-єдиний мутаційний крок. Але після 100 поколінь ЕВОЛЮЦІЇ біоморфів можуть відділяти від їхнього вихідного предка цілих 100 мутаційних кроків. А за 100 мутаційних кроків може багато чого статися.

Коли я вперше почав гратися зі своєю свіжонаписаною програмою ЕВОЛЮЦІЯ, то й гадки не мав, наскільки багато. Найбільше мене здивувало те, що біоморфи можуть доволі швидко перестати бути схожими на дерева. Базова двостороння схема розгалуження завжди на місці, але вона швидко зникає з очей у міру того, як лінії знову й знову перетинають одна одну, утворюючи суцільні масиви кольору (у друці чорно-білі). На рисунку 4 показана одна конкретна еволюційна історія, що складається не більш ніж із 29 поколінь. Предком тут є крихітне створіння, одна-єдина крапка. Однак хоча організмом-предком є крапка на кшталт бактерії в первісному слизі, в ньому прихований потенціал для розгалуження точно за схемою центрального дерева на рисунку 3: просто його ген 9 наказав йому розгалузитися нуль разів! Усі створіння, зображені на цій сторінці, походять від цієї крапки, але щоб не перевантажувати сторінку, я не роздруковував усе потомство, яке насправді побачив. Я роздрукував лише успішне дитинча з кожного покоління (тобто предка наступного покоління) та одну чи двох його неуспішних сестер. Отже, на рисунку відображено переважно лише одну, головну, лінію еволюції, керованої моїм естетичним відбором. Показано всі стадії цієї головної лінії.

Розгляньмо коротко перші кілька поколінь головної лінії еволюції на рисунку 4. У 2-му поколінні крапка набуває форми Y. У наступних двох поколіннях Y стає більшим. Потім гілки злегка загинаються всередину, неначе в доброї рогатки. У 7-му поколінні вигин посилюється так, що дві гілки майже з’єднуються. У 8-му вигнуті гілки збільшуються й кожна з них набуває по парі невеличких відростків. У 9-му поколінні ці відростки втрачаються знову, а руків’я рогатки стає довшим. 10-те покоління нагадує квітку в розрізі — вигнуті бокові гілочки схожі на пелюстки, що оточують центральний відросток-рильце. В 11-му поколінні «квітка» тієї самої форми стає більшою і трохи складнішою.

Я не продовжуватиму цей опис. Упродовж усіх 29 поколінь картина говорить сама за себе. Зверніть увагу на те, що кожне покоління лише трохи відрізняється від своїх матерів і сестер. Оскільки кожне з них трохи відрізняється від матері, залишається лише очікувати, що всі вони будуть трохи більше відрізнятися від своїх бабусь (і онучок) і ще більше від прабабусь (і правнучок). Ось у чому полягає суть накопичувальної еволюції, хоча завдяки високій частоті мутацій ми й розігнали її до просто нереальних швидкостей. Через це рисунок 4 схожий більше на генеалогію видів, аніж окремих особин, але принцип залишається той самий.