Циклы
ДЭНИЕЛ ДЭННЕТ
Философ, профессор и директор Центра когнитивных исследований Университета Тафтса, автор книги Breaking the Spell: Religion as a Natural Phenomenon («Рассеивая чары: религия как природный феномен»)
Все знают о больших природных циклах: день – ночь; лето – осень – зима – весна; круговорот воды в природе (испарение и выпадение осадков), который вновь и вновь наполняет озера, очищает реки и восстанавливает запасы влаги, необходимой для всего живого на планете. Но не все осознают, что циклы – пространственные и временные, на атомном и астрономическом уровне – это в буквальном смысле скрытые двигатели, управляющие всеми удивительными феноменами природы.
В 1861 году Николаус Отто сконструировал и продал первый двигатель внутреннего сгорания, а в 1897-м свой двигатель создал Рудольф Дизель. Эти два блестящих изобретения изменили наш мир. В каждом из них используется цикл – четырехтактный у Отто и двухтактный у Дизеля, – в ходе которого выполняется определенная работа, затем система возвращается в исходное состояние и снова готова выполнять ту же работу. Оригинальные детали этих циклов были усовершенствованы в ходе инновационного цикла «исследование – производство – внедрение».
В 1937 году Ханс Кребс открыл еще более элегантный микроскопический механизм, который появился миллионы лет назад, на заре возникновения жизни. Это восьмитактная химическая реакция, в ходе которой топливо превращается в энергию в результате метаболизма, неотъемлемого процесса любой жизни – от жизни бактерии до жизни секвойи.
Биохимические циклы, подобные циклу Кребса, отвечают за движения, рост, восстановление и воспроизводство живых существ. Это колесики, которые вращают колесики, вращающие другие колесики; часовой механизм с триллионами движущихся частей, каждая из которых должна «перематываться» назад, чтобы снова выполнить работу. Все это было оптимизировано в ходе дарвинского цикла воспроизводства – поколение за поколением в течение бесконечно долгого времени вносили в процесс случайные улучшения.
Переместимся на другой уровень. Наши предки осознали эффективность циклов, совершив величайшее открытие в предыстории человечества. Они поняли роль повторяющихся действий в процессе производства. Возьми палку и потри ее камнем – и ничего не произойдет, может, на ней появятся несколько царапин. Если даже потереть ее несколько сотен раз, особого результата все равно не будет. Но если тереть палку очень долго, сделав несколько тысяч одинаковых движений, она превратится в совершенно прямое древко стрелы. Путем накопления незначительных изменений циклический процесс создает что-то новое. Дальновидность и самоконтроль, необходимые для таких проектов, сами по себе были новшеством, большим шагом вперед по сравнению с той инстинктивной и неосознанной способностью строить убежища и создавать орудия, которой обладали другие животные. И это новшество было, конечно, само по себе продуктом дарвиновского цикла и было усовершенствовано со временем более быстрым циклом культурной эволюции, в которой методы передавались последующим поколениям уже не через гены: неродственные особи одного и того же вида учились, подражая друг другу.
Первый человек, превративший камень в красивый симметричный каменный топор, должно быть, выглядел за работой довольно глупо. Он сидел и часами бил камнем по камню без всякого заметного эффекта. Но в каждом бессмысленном на первый взгляд, повторяющемся ударе скрыт процесс постепенного улучшения, который почти незаметен невооруженному глазу, способному фиксировать лишь гораздо более быстрые изменения. Эта же кажущаяся тщетность временами вводит в заблуждение искушенных биологов. Деннис Брэй, специалист в области молекулярной и клеточной биологии, в своей замечательной книге Wetware («Человеческий мозг») описывает циклы, происходящие в нервной системе:
«В типичных нервных путях белки постоянно модифицируются и преобразуются. Киназы и фосфатазы работают неустанно, как муравьи в муравейнике, присоединяя к белкам фосфатные группы и затем удаляя их. Кажется, что это бессмысленный процесс, особенно если учесть, что каждый цикл добавления и удаления стоит клетке одной молекулы АТФ – единицы драгоценной энергии. Действительно, циклические реакции такого типа раньше называли футильными. Но такое определение вводит в заблуждение. Добавление фосфатной группы к белку – самая распространенная клеточная реакция, лежащая в основе большого количества разных проходящих в клетках вычислительных процессов. Эта ни в коей мере не бесполезная реакция обеспечивает клетку важным инструментом – гибким и быстро настраиваемым механизмом».
Слово «вычисления» здесь очень к месту, потому что все «волшебное» в познании, как и сама жизнь, зависит от циклов периодического повторения и переработки информации. Это и биохимические циклы в пределах нервной клетки, и циклы сна/бодрствования, и циклы церебральной активности и восстановления, хорошо заметные на ЭЭГ. Программисты изучают всевозможные алгоритмы уже почти сто лет, но лучшие плоды их изобретательной мысли включают миллионы замкнутых циклов внутри циклов внутри других циклов. Секретный ингредиент совершенствования всегда один: практика, практика и практика.
Полезно помнить, что дарвиновская эволюция – лишь один вид накопительного, оптимизирующего цикла, существует и много других. Проблема возникновения жизни может казаться неразрешимой (или непреодолимо сложной), если утверждать, подобно сторонникам разумного замысла, что «поскольку эволюция посредством естественного отбора зависит от воспроизводства», проблема возникновения первого живого воспроизводящегося организма не может иметь дарвинистского решения. Это было просто невероятно сложно осуществить, поэтому это неизбежно должно быть чудом.
Если думать о добиологическом мире как о беспорядочном хаосе химических элементов (подобно компонентам знаменитого салата, который был правильно смешан в результате торнадо), проблема действительно будет казаться страшно сложной. Но если вспомнить, что ключевым процессом эволюции является циклическое повторение (репликация генов – лишь один пример в высшей степени оптимизированного процесса), то загадка начнет превращаться в вопрос: как все эти сезонные, водные, геологические и химические циклы, повторяющиеся миллионы лет, постепенно создали условия для зарождения биологических циклов? Вероятно, первые сто «попыток» были бесплодными, но, как поется в замечательно чувственной песне Гершвина и де Сильвы, посмотри, что будет, когда ты «сделаешь это снова» (и снова, и снова).
Это хорошее правило: если жизнь или разум подбрасывают вам нечто на первый взгляд магическое, присмотритесь, какие циклы взяли на себя всю грязную работу.
ДЖЕННИФЕР ДЖЕКЕТ
Исследователь в области экологической экономики, Университет Британской Колумбии.
Когда речь заходит о каких-либо общественных ресурсах, неспособность к сотрудничеству означает неспособность контролировать потребление. В классической трагедии Гаррета Хардина все потребляют слишком много, в равной степени способствуя истощению общих запасов. Но лишить всех нас ресурсов может и небольшое количество индивидуумов.
Биологам хорошо известен термин «ключевые виды», который ввел в 1969 году Роберт Пейн, проводивший эксперименты в приливно-отливной зоне. Пэйн обнаружил, что, удалив с берега нескольких пятиконечных хищников – пурпурных морских звезд (Pisaster ochraceus), он мог вызвать бесконтрольный рост популяции их добычи (мидий) и резкое уменьшение видового разнообразия в целом. В отсутствие морских звезд размножившиеся мидии вытесняют губок. Нет губок – нет и голожаберных моллюсков. Актинии тоже начинают вымирать, потому что они питаются тем, что выделяют морские звезды. Морские звезды оказались ключевым видом, поддерживающим единство сообщества в приливно-отливной зоне. Без них бы остались только мидии, мидии и мидии, одни только мидии. Термин «ключевой вид», появившийся благодаря пурпурной морской звезде, обозначает вид, который непропорционально сильно (учитывая численность особей) влияет на экосистему.
Думаю, в экологии человека болезни и паразиты играют такую же роль, что и морские звезды в эксперименте Пэйна. Уберите болезни (и увеличьте количество пищи), и людей станет очень много. Люди неизбежно меняют окружающую среду. Но не все люди потребляют одинаково. Если ключевым видом называют вид, формирующий экосистему, то группу людей, формирующих рынок определенных ресурсов, можно назвать ключевыми потребителями. Интенсивный спрос нескольких индивидуумов может поставить флору и фауну на грань вымирания.
