Живое и неживое. В поисках определения жизни

На следующий день, когда мы пришли навестить физарума, он уже выбрался из тупика. Просматривая отснятое за ночь видео, я чувствовал себя надзирателем, расследующим побег заключенного из тюрьмы. Слизевик заполз по сахарному следу в ловушку и наткнулся на ацетатную преграду. Но отнюдь не бросил поиски. Он выпустил нити в обе стороны. Ответвления слева в конце концов добрались до края преграды и обогнули его, покинув ловушку, – после чего потянулись вдоль внешней стороны ацетатной пленки, устремившись к сахару.

Слизевики умудряются выбираться из подобных тупиков, используя память, для которой не нужен мозг. Они постоянно выпускают пытливые нити-щупальца, и те, которые не чувствуют усиления пищевых сигналов, втягиваются обратно. Отступая, щупальца оставляют за собой слизистую пленку. Слизевик улавливает собственные следы и направляет новые ответвления подальше от них. Эта внешняя память позволяет физаруму искать обходные пути в своем стремлении к сахару. Вместо того чтобы биться своим многоголовым телом об ацетатную стену, он выбирается из тупика и исследует новые пути к пище. Нам для запоминания нужен мозг, но у слизевика нет этого органа. Он хранит запись своего опыта во внешнем мире.

Решают физарумы и гораздо более сложные задачи. В частности, исследователь Тошиюки Накагаки с коллегами обнаружил, что слизевики умеют отыскивать кратчайшую дорогу к выходу из лабиринта. Он создал подобную конструкцию, вырезав проходы в листе пластика, и положил ее на агаровую подложку. У одного из входов в лабиринт экспериментаторы поместили слизевика, снабдив его овсяными хлопьями, а у другого входа – еще немного хлопьев. Слизевик выпустил новые щупальца в коварную конструкцию, исследуя все возможные пути. Как только он обнаружил хлопья у другого входа, он стал кормиться обеими порциями одновременно, параллельно убирая ответвления из тупиков лабиринта. В конце концов слизевик обратился в единственное линейное щупальце, прочертившее путь через «головоломку». Накагаки сделал проходы в лабиринте так, чтобы у слизевика было четыре возможных маршрута к пище. В итоге, как он обнаружил, слизевик всегда следовал кратчайшим путем.

Некоторые ученые дают слизевикам задания, имеющие более непосредственное отношение к их естественной среде обитания в лесной подстилке. В природе слизевикам не встречается пища у двух концов лабиринта. Зато там им могут встретиться источники пищи, разбросанные по стволу дерева. Кормясь из всех одновременно, слизевик сможет быстрее расти. Но, чтобы дотянуться до всей пищи сразу, ему придется заплатить метаболическую цену, вытягивая нити. Если перестараться, энергии на это уйдет больше, чем даст пища.

Оказывается, слизевики отлично умеют справляться с подобными проблемами: они определяют кратчайший путь к нескольким порциям пищи одновременно. Накагаки и другие специалисты с помощью экспериментов пытались понять, как слизевики осуществляют столь сложный выбор. Они разбросали в разных местах чашки Петри овсяные хлопья и наблюдали, как физарум решает задачу. Он не стал вытягиваться в единую ломаную линию, а образовал сеть прямых отрезков, связавших между собой овсяные хлопья кратчайшими возможными расстояниями. В одном из опытов ученые воспроизвели карту США, разместив хлопья на местах крупнейших городов. Сеть, построенная слизевиком, удивительно напоминала систему федеральных автотрасс. Слизевики воспроизвели и структуру токийского метрополитена, и транспортную сеть Канады. Математиков должно обескураживать, что физарум умеет решать задачи подобного типа за несколько дней. Люди-то бьются над ними столетиями.

Еще одна задача, занимающая умы вот уже нескольких поколений математиков, – так называемая проблема рюкзака. Представьте себе, что вы собираетесь в поход и решаете, что положить в рюкзак. Вы можете выбирать из множества разнообразных предметов, более или менее полезных в походе. Но нужно также учесть вес вещей: из-за него нельзя нагружать рюкзак бесконечно. Уместно сунуть в рюкзак колоду карт, чтобы скоротать дождливое утро в горах за игрой в покер. Но вы вряд ли положите туда пудовый набор резных шахмат из стеатита только потому, что вам может стать скучно. Математики выражают этот выбор в чисто абстрактной форме: у вас есть набор предметов, каждый из которых обладает ценностью и массой. Необходимо подобрать комбинацию предметов с максимальной ценностью, не превышающую определенной массы.

В повседневной жизни примеры проблемы рюкзака часто встают перед бизнесом. Авиакомпаниям необходимо рассчитать, как нагрузить самолет так, чтобы максимизировать ценность груза при минимальных затратах на топливо. Финансовые компании ищут оптимальные способы распределения капиталов по инвестициям с разной потенциальной окупаемостью. Но простой формулы для решения проблемы рюкзака не существует. Специалисты посвятили стратегиям, позволяющим приблизиться к оптимальному решению, немало книг.