Несомненно, неслучайно, что мы признали необходимость построения этих гораздо более сложных моделей одновременно (практически в том же месяце и уж точно в тот же год) с тем, как появилась возможность создавать и исследовать подобные модели на существующих компьютерах. Как только появились более мощные компьютеры, мы с их помощью обнаружили, что более сложные модели эволюции не только возможны, но и безусловно необходимы, если мы и в самом деле хотим объяснить то, на объяснение чего всегда претендовал дарвинизм. Благодаря появлению новых жизненных пространств дарвиновская идея эволюции как алгоритмического процесса превращается во все более обширное семейство гипотез, переживает собственный демографический взрыв.
В области искусственного интеллекта ценится работа с сознательно упрощенными моделями интересующих исследователя явлений. У них есть очаровательное название – «игрушечные» (или упрощенные) задачи». В Игрушечном мире молекулярной биологии мы рассматриваем простейшие версии фундаментальных дарвиновских явлений в действии, но это – настоящие игрушечные задачи! Мы можем воспользоваться сравнительной простотой и чистотой дарвиновской теории о фундаментальном уровне эволюции, чтобы ввести и проиллюстрировать некоторые из тем, которые в последующих главах будут рассмотрены на более высоких уровнях.
Специалисты в области эволюционной биологии всегда свободно высказывались об адаптации и оптимальности, а также, скажем, о возрастании сложности, и как авторы, так и критики подобных высказываний признавали, что они в лучшем случае серьезно упрощают картину. В мире молекулярной эволюции в таких оправданиях нет нужды. Когда Эйген рассуждает об оптимальности, он располагает четким определением того, о чем ведет речь, а также результатами экспериментальных измерений, чтобы подтвердить сказанное и не отступить от истины. Его адаптивные ландшафты и мерила успеха не субъективны и не вводятся ad hoc. Существует несколько взаимообусловленных и объективных способов измерения молекулярной сложности, и когда Эйген использует слово «алгоритм», это вовсе не поэтическая вольность. Представляя себе, например, корректирующий энзим, двигающийся вдоль пары спиралей ДНК, проверяющий, исправляющий, копирующий, а затем совершающий следующий шаг и повторяющий весь процесс заново, мы вряд ли можем сомневаться, что наблюдаем за работой микроскопического автомата, и самые лучшие модели настолько совпадают с наблюдаемыми фактами, что можно быть вполне уверенными, что нигде не притаились ни волшебные эльфы-помощники, ни небесные крючья. В мире молекул применение дарвиновского мышления является в особенности чистым и неподдельным. В самом деле, если принять эту точку зрения, может показаться чудом, что дарвиновскую теорию, так превосходно описывающую происходящее на молекулярном уровне, вообще можно применить к столь громоздким – галактического масштаба – конгломератам клеток, как птицы, орхидеи и млекопитающие. (Мы не ожидаем от периодической системы химических элементов разъяснения явлений из жизни корпораций или народов – так почему бы нам ждать, что дарвиновская эволюционная теория сработает на явлениях столь сложных, как экосистемы или линии наследования млекопитающих?)
От макроскопической биологии (биологии организмов с обычными размерами – муравьев, слонов или секвой) точности не дождешься. Из-за умопомрачительного количества привходящих осложнений объяснить мутацию и отбор можно обычно лишь косвенным и несовершенным образом. На молекулярном уровне явления мутации и отбора могут быть непосредственно измерены, на них можно повлиять, а период воспроизводства у вирусов так короток, что позволяет изучать масштабные дарвиновские явления. Например, у опасных вирусов есть ужасающая способность мутировать в ходе смертельной схватки с современной медициной, которая поощряет и финансирует множество подобных исследований. (За последнее десятилетие своей истории вирус СПИДа так часто мутировал, что этот период является примером большего генетического разнообразия – измеряемого в числе перестановок кодонов, – чем можно найти во всей истории эволюции приматов!)
Исследования Эйгена и сотен других ученых полезны для каждого из нас. Значит, можно заключить, что эта важная работа является примером триумфа дарвинизма, триумфа редукционизма, механицизма, материализма. Однако одновременно нет ничего более далекого от алчного редукционизма. Перед нами головокружительный каскад, образованный великим множеством уровней, на каждом из которых появляются новые явления и принципы объяснений; мы вновь и вновь убеждаемся в тщетности пылких надежд объяснить «все» на каком-либо одном фундаментальном уровне. Вот так сам Эйген резюмирует то, что показывает его обзор (вы заметите, что он высказывается в духе, который не был бы чужд самому яростному критику редукционизма):
Отбор больше похож на в особенности изощренного демона, действующего на различных этапах, ведущих к появлению жизни, и сейчас, на различных уровнях ее существования. В его распоряжении набор в высшей степени своеобразных уловок. Прежде всего он очень активен: им движет внутренний механизм обратной связи, который с крайней проницательностью ищет наилучший путь к достижению оптимальных характеристик не потому, что у него есть внутреннее стремление к какой-либо предопределенной цели, но просто в силу присущей ему нелинейной структуры, которая создает видимость целенаправленности
256.
3. Функция и спецификация
В мире макромолекул форма – это судьба. Одномерная последовательность аминокислот (или кодирующих их нуклеотидных кодонов) определяет, какой перед нами белок, но эта последовательность лишь отчасти определяет, каким образом будет сворачиваться одномерная белковая нить. Обычно она принимает лишь одну из множества возможных форм – сворачивается в клубок уникальным образом, почти всегда именно так, как характерно для конкретного типа последовательностей. Эта трехмерная форма – источник ее способностей и каталитических свойств (например, способности формировать различные структуры, блокировать антигены или регулировать развитие). Она представляет собой машину, действия которой непосредственно определяются формой ее частей. Функционально общая трехмерная форма гораздо важнее, чем определяющая ее одномерная последовательность. Например, важный белок лизоцим представляет собой характерной формы молекулярный механизм, производимый во множестве разных версий (в природе было обнаружено больше сотни различных последовательностей аминокислот, складывающихся в такую функциональную форму), и, разумеется, различия в этих последовательностях аминокислот можно использовать как «филологические» подсказки, позволяющие воссоздать эволюционную историю выработки и использования лизоцима.
И вот перед нами встает загадка, которую первым заметил Уолтер Эльзассер
257, а вполне убедительно решил Жак Моно
258. Если рассматривать проблему очень абстрактно, то тот факт, что одномерный код может «определять» трехмерную структуру, указывает на появление новой информации. В самом деле, добавлена значимость. Отдельные аминокислоты значимы (ибо увеличивают функциональное совершенство белка) не только в силу их места в одномерной последовательности, образующей нить, но и в силу их положения в трехмерном пространстве после сворачивания нити.
