Алгоритмы развития

Несмотря на огромные успехи науки последних десятилетий, от нее сегодня, как и во времена В. И. Вернадского, остаются пока скрытыми основные детали важнейшей «земной тайны» – появления жизни на нашей планете, возникновения буфера («пленки», по терминологии В. И. Вернадского) между космосом и «косным» веществом Земли. Мы знаем только, что около 3,5–4 млрд лет тому назад на Земле появилась качественно новая форма организации материи, которая обладает удивительной способностью усваивать внешнюю энергию, прежде всего энергию Солнца, с помощью реакции фотосинтеза¹. На этом этапе своего развития Природа нашла новый ряд состояний, которые обеспечивают материальным объектам значительно более глубокое значение минимума функционала, отвечающего обобщенному принципу минимума диссипации, – возникли организационные формы, способные не только рассеивать энергию, но и накапливать ее. Одновременно эти формы обладали невероятной способностью сохранять свой гомеостазис. В самом деле, первые прокариоты появились и жили. на Земле в условиях почти кипящего океана, при исключительной сейсмической активности и очень высоком уровне коротковолновой радиации. Я думаю, что из всех живых организмов, когда-либо существовавших на планете, они были, вероятно, самыми «жизнестойкими». Они обладали самой высокой способностью адаптации к быстрому изменению условий обитания, которое было характерно в то время для поверхности нашей планеты. И к этому надо добавить еще следующее – первые прокариоты были практически бессмертными. Именно бессмертными, как всякое неживое образование. Их можно было, конечно, разрушить, но собственной смерти они, вероятно, еще не знали. На этом этапе развитие уже отделило живое от неживого, но пропасть между жизнью и смертью еще не была столь глубока, как сегодня.

Тем не менее будущее принадлежало не этим существам, обладавшим удивительной способностью сохранять гомеостазис. В конечном итоге эта ветвь процесса самоорганизации оказалась тупиковой. Господство прокариотов на Земле тянулось, вероятно, значительно больше одного миллиарда лет. Это они создали газовую оболочку планеты и условия, которые позволили появиться гораздо позднее эукариотам. Последним и была передана эстафета дальнейшего развития. Обладая кислородным дыханием, эукариоты могли утилизировать внешнюю энергию неизмеримо более эффективно. Другими словами, они в гораздо большей степени могли добиваться локального снижения энтропии. Но возникшие формы организации жизни заплатили за все это дорогой ценой: эти новые живые существа сделались смертными. Они потеряли способность первых прокариотов сохранять свой гомеостазис практически в любых условиях.

В предыдущей главе я пытался показать, что многообразие форм жизни связано определенным образом со множеством возможных компромиссов между тенденциями обеспечения собственного гомеостазиса и стремлением реализовать обобщенный принцип минимума диссипации. Возникает ситуация, которая чем-то напоминает движение по поверхности Парето. Как известно, это многообразие замечательно тем, что увеличение значения одного из критериев сопровождается уменьшением (строго говоря, неувеличением) значений другого или других: на нем нельзя добиться одновременного роста значений всех критериев.

Примечание. Множество Парето играет важную роль в теории многокритериальной оптимизации. Предположим, что мы стремимся найти такую стратегию (вектор х), которая наилучшим образом отвечала бы нашим стремлениям увеличить значения критериев – скалярных функций ₁ (х), ₂ (х) … – Тогда, задавая некоторое значение вектору х = х₁ в пространстве критериев мы получаем некоторую точку Р(х₁) с компонентами ₁ (х₁), ₂ (х₁) … Предположим теперь, что мы нашли такую стратегию х, для которой

Очевидно, что теперь стратегию х₁ мы можем уже не рассматривать – оно по всем критериям хуже х^{^}. Значит, нас могут интересовать только те точки Р(х^{^}) в пространстве критериев, для которых нельзя найти другой точки Р(х), такой, чтобы по всем критериям _i (х^{^})  _i (х). Совокупность всех подобных точек Р в пространстве критериев и называется поверхностью (или множеством) Парето.

Появление эукариотов, которые на определенном этапе сменяют прокариотов и становятся носителями дальнейшего развития жизни, служит иллюстрацией «паретовских компромиссов»: уменьшение стабильности отдельного организма, появление индивидуальной смертности сопровождались увеличением эффективности в использовании внешней энергии, что открывало совершенно новые возможности для развития жизни. Именно потеря бессмертия позволила включить в единый процесс развития новые механизмы эволюции. С момента появления эукариотов начинается быстрое совершенствование видов и стремительный рост их разнообразия.