Огарок во тьме. Моя жизнь в науке

Ту же методику инженера-дарвиниста я применил во второй главе “Восхождения на гору Невероятности”, на этот раз на примере паутины. Мы вновь начнем с задачи: как пауку распространить подальше действие своих орудий охоты – конечностей? И вновь предложим разнообразные возможные решения, пока не дойдем до изящного и экономичного решения, к которому пришел естественный отбор: шелковая паутина. Повторим этот процесс для подзадач и подподзадач, которые вытекают из этого решения. В одной из следующих глав той же книги, под названием “Сорокаполосный путь к просветлению”, я следовал той же формуле, повествуя об устройстве глаз. Здесь я довел подход инженера-проектировщика до того, что некоторым может показаться абсурдным пределом – но надеюсь, что это было поучительно. Линза устроена просто, но она решает удивительно сложную вычислительную задачу. Я решил сгустить краски и предложил представить компьютер, который собирает лучи света и подбирает углы преломления так, чтобы на экране появилось сфокусированное изображение. Это было бы до нелепого сложно, и тем не менее эту задачу с легкостью решает линза – устройство настолько простое, что его можно (как я продемонстрировал в Рождественских лекциях Королевского института) приблизительно сымитировать с помощью подвешенного прозрачного пакета с водой: получаемое сквозь него нерезкое изображение можно постепенно улучшать, шаг за шагом поднимаясь на гору Невероятности. Эта метафора показывает, как просто на практике может эволюционировать нечто, казавшееся неописуемо сложным в теории. Глаз, который считали главным аргументом против Дарвина еще его современники, эволюционировал легко и даже возник несколько раз в независимых друг от друга закоулках животного царства.

Насколько ценен подход инженера-дарвиниста, меня осенило намного раньше – еще когда я вдохновлялся (независимо друг от друга) двумя кембриджскими специалистами по физиологии глаза: то были Уильям Альберт Хью Раштон и Хорас Бэзил Барлоу. С Раштоном я познакомился еще в школьные годы: двое его сыновей учились в Аундле, один из них был мой ровесник. Мы вместе играли на кларнете в школьном оркестре, и, как сообщает Google (что неудивительно), потом он стал ученым-музыковедом. Знаменитый профессор Раштон согласился выступить перед группой биологов-шестиклассников, видимо, ровно потому, что у него были двое сыновей в этой школе.

Раштон провел любопытное различие между аналоговыми и цифровыми сигнальными системами. В аналоговом телефоне звук речи, постоянно меняющася волна давления, преобразуется в параллельную волну напряжения, передается по проводу и преобразуется обратно в звук в телефонной трубке на другом конце. Проблема в том, что при достаточной длине провода электрический сигнал затухает, и для него требуется усилитель. А усиление неизбежно добавляет случайного шума. Это неважно, если на линии всего несколько усилительных станций. Но при достаточном числе усилительных станций накопившийся шум станет преобладать над сигналом и речь превратится в нечленораздельное шипение. Вот почему нервы, по крайней мере длинные, не могут действовать как (аналоговые) телефонные провода.

Нервы – не провода, в которых идет электрический ток: точность передачи в них еще меньше, их можно сравнить скорее с шипящими дорожками пороха, по которым бежит запал, – с дополнительным усложнением в виде “перехватов Ранвье”, которые можно рассматривать как обособленные усилительные станции. Получается, что по всей длине нерва расставлены сотни шумных усилительных станций. Как бы решал эту проблему инженер? Он бы отбросил все надежды передавать информацию через высоту волны (то есть напряжение). Он бы превратил волну в резкий скачок – высота его установлена заранее или не имеет значения. Информация бы передавалась не высотой скачка, а неоднородной последовательностью из разных скачков. Например, громкий сигнал передавался бы скоростной вспышкой множества сменяющихся скачков, а тихий звук – немногочисленными скачками, разнесенными во времени.