Восхождение на гору Невероятности

Как только по воле случая образовался первый репликатор, незамедлительно началась эволюция. Природа репликатора такова, что он производит популяцию своих копий, то есть организмов, также подвергающихся копированию. Следовательно, пока нет конкуренции за источники питания и природное сырье, популяция будет расти по экспоненциальному закону. Сейчас я объясню, что значит экспоненциальный рост. Коротко говоря, популяция увеличивается не за счет простого прибавления некой константы через равные промежутки времени, а планомерно удваивается. То есть очень быстро численность популяции репликаторов резко возрастет, что приведет к конкуренции между отдельными репликаторами. Копирование никогда не бывает абсолютно точным, ошибки неизбежны. Поэтому в популяции репликаторов появлялись вариации. Одни из них теряли способность к самокопированию – их разновидность не сохранялась в популяции. У других почему‐либо вырабатывались такие свойства, благодаря которым они воспроизводились быстрее или более эффективно. В популяции становилось больше таких видов. Поскольку все члены популяции боролись за одни и те же ресурсы, средний типичный класс репликаторов со временем был вынужден уступить новым, более сильным в среднем соперникам. В каком смысле более сильным? Тем, кто лучше воспроизводился, конечно. Дальнейшее повышение качества выражалось во влиянии на другие химические реакции, что приводило к более легкому течению процесса самокопирования. В конце концов стали проявляться довольно сложные эффекты, и наблюдатель – которого, разумеется, не было, ибо на развитие нормального наблюдателя потребовались миллиарды лет – уже мог бы описать процесс как декодирование и исполнение команд. А если бы того же наблюдателя спросили, каково было содержание тех команд, он ответил бы: “Скопируй меня”.

В этой истории есть явные шероховатости. В частности, уже упомянутая мной “уловка-22” для происхождения жизни. Чем больше в репликаторе структурных единиц, тем больше вероятность ошибки при копировании какой‐нибудь из них – вплоть до полного разбалансирования всего ансамбля. Это наводит на мысль, что первые, самые древние репликаторы должны были иметь очень мало структурных единиц. Однако существует некоторый минимум структурных единиц молекулы, ниже которого нельзя опускаться, иначе ее структура станет настолько примитивной, что молекула не будет способна к самокопированию. Чтобы увязать эти взаимоисключающие условия, пришлось проявить изобретательность – и не без успеха, но это уже более сложная математика, которая не укладывается в рамки нашей книги.

Строение древних копирующих механизмов – первых роботов-мультипликаторов – должно было быть гораздо проще, чем строение бактерий, но бактерии – это самые простые среди известных нам ТРКП-роботов (рис. 9.3а). У бактерий могут быть самые разные источники жизнеобеспечения, с химической точки зрения их намного больше, чем у всех остальных живых существ вместе взятых. Некоторые бактерии ближе к нам, чем к другим, чужеродным для них бактериям. Одни бактерии живут в горячих источниках и питаются серой, для других кислород – смертельный яд, третьи расщепляют сахар до спирта в отсутствие кислорода, четвертые питаются только углекислым газом и водородом, выделяя метан; фотосинтезирующие бактерии подобно растениям черпают жизненные силы в солнечном свете, но среди них есть и такие, которые осуществляют фотосинтез по совершенно другому механизму, чем растения. Разные группы бактерий демонстрируют широкий спектр вариантов биохимии, настолько радикально отличающихся друг от друга, что на их фоне все остальные – животные, растения, грибы, кое‐какие другие бактерии – выглядят как безликая серая масса.

Более тысячи миллионов лет назад бактерии нескольких типов сообща сформировали эукариотическую клетку (рис. 9.3b). Это наша клетка с ядром и прочими внутриклеточными структурами, многие из которых – например, митохондрии (мы уже встречались с ними, см. рис. 5.2) – построены из складчатых внутриклеточных мембран и имеют сложное строение. Сейчас считается, что эукариотическая клетка произошла от колонии бактерий[28]. Потом эукариотические клетки и сами объединились в колонии. Вольвокс (рис. 9.3с) – наш современник, но возможно, нечто подобное существовало уже больше миллиарда лет назад, когда клетки одноклеточного предка животных только начинали собираться в колонии. Интеграция эукариотических клеток сродни предшествующему объединению бактерий с образованием эукариотических клеток и еще более раннему объединению генов с образованием бактерий. Более крупные и компактные конгломераты эукариотических клеток называются многоклеточными организмами. На рис. 9.3d показан относительно маленький представитель многоклеточных – тихоходка. Многоклеточные организмы, в свою очередь, тоже собираются в колонии и ведут себя как один целый организм (рис. 9.3e).