Гари Маркус - Несовершенный человек. Случайность эволюции мозга и ее последствия.
…не нужно быть математиком или физиком, чтобы рассчитать, что понадобится целая вечность, чтобы глаз или молекула гемоглобина образовались сами по себе исключительно наудачу. Можно не быть последователями дарвинизма, но непостижимость глаза или колена, энзимов или локтевых суставов и других существующих в жизни чудес – проблема, которую должна разрешить любая теория жизни, и дарвинизм однозначно делает это. Он решает ее, разбивая невероятные события на маленькие, управляемые части, по крохам добывая необходимую удачу, обходя непреодолимую гору сзади и преодолевая доступные склоны, шаг за шагом по миллиону лет.
И конечно, примеров совершенной эволюции великое множество. Сетчатка человеческого глаза, например, может различить единственный фотон в темной комнате. А улитка уха (волосковая сенсорная клетка внутреннего уха, которая вибрирует в ответ на звуковые волны) способна улавливать малейшие вибрации с амплитудой меньшей, чем диаметр атома водорода. Наши визуальные системы, несмотря на замечательные компьютерные достижения, по-прежнему превосходят визуальные возможности любой машины. Паучья сеть крепче стали и эластичнее резины. В остальном, будучи равноправными, виды (и органы, от которых они зависят) со временем все лучше и лучше приспосабливаются к окружающей среде – порой даже достигая теоретических пределов, как в случае с вышеупомянутой чувствительностью глаза. Гемоглобин (ключевой ингредиент красных кровяных телец) великолепно адаптирован к задаче доставки кислорода, настраиваясь незначительными колебаниями у различных видов так, что может загружать и разгружать запас кислорода способами, оптимально соответствующими преобладающему атмосферному давлению, – одним способом для существ, живущих на уровне моря, другим для таких видов, как горный гусь, обитатель верховьев рек в Гималаях. Начиная с биохимии гемоглобина и заканчивая замысловатыми оптическими системами глаза, есть тысячи проявлений биологии, когда она поразительно близка к совершенству.
Но очевидно, что идеал достигается далеко не всегда; вероятность несовершенства становится очевидной, когда мы понимаем, что эволюция достигает не вершины, а горной гряды. Обычно упускается из виду то, что для эволюции весьма характерно застревать на точке, находящейся ближе всего к потенциальной вершине, известной как «локальный максимум». Как отмечали Докинз и многие другие, эволюция имеет тенденцию идти маленькими шажками.[3] Если быстрые изменения не способствуют совершенствованию, организм, вероятно, останется на горной гряде, пусть даже какие-то отдаленные вершины и кажутся более привлекательными. Клуджи, о которых я уже говорил, – позвоночник, перевернутая сетчатка глаза и т.д. – примеры того, что эволюция застряла где-то в горах, не достигнув подлинных вершин.
В конечном итоге эволюция не стремится к совершенству. По словам нобелевского лауреата Херба Саймона, это достижение удовлетворительного, достаточно хорошего результата. Результат может быть прекрасным, а может быть клуджем. Со временем эволюция может дать и то и другое: как прекрасные биологические объекты, так и сляпанные наспех, которые в лучшем случае просто функционируют.
В действительности нередко совершенство и брак сосуществуют бок о бок. Высокоэффективные нейроны, например, связаны со своими соседями поразительно неэффективными синаптическими щелями, которые трансформируют эффективную электрическую активность в менее эффективные химические соединения, а они в свою очередь тратят тепло и теряют информацию. Аналогично глаз позвоночного животного с его утонченными механизмами для фокусирования света, приспособленными к различным режимам освещения и т.д., во многих отношениях невероятно изыскан. Но хотя он действует более изощренно, чем большинство цифровых камер, все же его портит перевернутая сетчатка и сопутствующие этому слепые пятна. На высшем пике эволюции наши глаза могли бы работать на своем максимуме, но сетчатка должна быть обращена вперед (как у осьминога), что исключает слепые пятна. Человеческий глаз достаточно хорош, насколько это возможно при обращенной назад сетчатке, но он мог бы быть лучше – вот прекрасная иллюстрация, как природа случайно чуть-чуть не дотягивает до высочайшей вершины.
Есть несколько объяснений, почему в тот или иной момент данное создание может иметь не совсем оптимальную конструкцию. Это может быть случайность (абсолютное невезение), стремительные изменения окружающей среды (например, если происходит падение крупного метеорита, ледниковый период или иной катаклизм, эволюции нужно время, чтобы наверстать упущенное) или фактор, которому во многом посвящена эта книга: история, заключенная в нашем геноме. История имеет потенциальное – иногда пагубное воздействие, поскольку на то, что может развиваться в данный момент, мощно влияет то, что возникло в результате прежней эволюции. Как корни современных политических конфликтов частично можно обнаружить в конвенциях, последовавших за мировыми войнами, нынешнюю биологию можно рассматривать через призму истории более ранних творений. Как сказал Дарвин, жизнь есть результат «наследственных изменений»; существующие формы лишь измененные версии более ранних. Человеческий позвоночник, например, возник не потому, что был наилучшим из возможных решений, – он был создан на базе того, что уже существовало (позвоночник четвероногого существа).
Это наводит на понятие, которое я называю «эволюционной инерцией», заимствованное у Ньютона с его законом инерции (тело, находящееся в состоянии покоя, имеет тенденцию сохранять состояние покоя, а тело, находящееся в движении, имеет тенденцию сохранять движение). Эволюция обычно имеет дело с тем, что уже есть, и модифицирует это, а не начинает с нуля.
Эволюции присуща инерция, так как новые гены должны работать во взаимодействии со старыми, и эволюцией движет ближайшая перспектива. Создания – носители гена либо живут и размножаются, либо нет. Следовательно, естественный отбор имеет тенденцию благоприятствовать тем генам, которые обнаруживают преимущества немедленно, и отвергать другие возможности, которые могут привести к лучшему функционированию в будущем. Таким образом, процесс происходит подобно тому, как действует менеджер по продукту, который заинтересован поскорее поставить продукт на рынок, даже если сегодняшние недоработки могут впоследствии привести к проблемам.
В итоге, как сформулировал нобелевский лауреат Франсуа Жакоб, эволюция подобна кустарю, «который… часто не зная, что он хочет сделать… берет все, что попадется под руку, – старый картон, обрывки веревки, куски дерева или металла, – чтобы сделать работающий объект… [в результате получается] странный, собранный наудачу агрегат». Если нужда – мать изобретений, то кустарничество – чокнутый дедушка клуджа.
Короче говоря, эволюция часто происходит путем наваливания новых систем на крышу старых. Прекрасно описал эту аналогию нейрофизиолог Джон Оллман. Как-то он посетил электростанцию, где одновременно сосуществовали по меньшей мере три поколения технологий, прилаженных друг к другу. Новейшая компьютерная технология работала не сама по себе, а на службе у электронных ламп (наверное, образца 1940 года), которые в свою очередь управляли еще более старыми пневматическими механизмами, приводимыми в действие сжатым газом. Если бы инженеры станции могли позволить себе роскошь пользоваться всей системой в автономном режиме, без сомнения, они начали бы с нуля и избавились от устаревших систем разом. Но постоянная потребность в энергии препятствует такой решительной реконструкции.
Подобным образом живые существа постоянно должны выживать и воспроизводиться, что часто мешает эволюции строить по-настоящему оптимальные системы; эволюция не может перевести свои продукты на автономный режим точно так же, как не могут люди-инженеры, и в результате получаются такие нелепые конструкции, когда новую технологию наваливают на старую. Средний мозг человека, например, существует буквально поверх более древнего заднего мозга, а передний мозг надстроен на вершине их обоих. Задний мозг, самый старый из всех (возник по меньшей мере полмиллиарда лет назад), отвечает за дыхание, равновесие, проворство и другие функции, которые одинаково важны как для динозавра, так и для человека. Средний мозг, появившийся вслед за ним, координирует визуальные и слуховые рефлексы и контролирует такие функции, как движения глаз. Передний мозг, отдел мозга, возникший последним, управляет такими вещами, как речь и принятие решений, но способами, которые часто зависят от старых систем. Как вы можете узнать из любого учебника по нейрофизиологии, язык очень сильно зависит от поля Брока, левой зоны переднего мозга величиной с орех, но еще зависит и от более старых систем, таких как мозжечок и наследственные системы памяти, которые не идеально подходят для этого. В ходе эволюции наш мозг стал чем-то вроде палимпсеста, древнего манускрипта с несколькими слоями текстов, написанных в разные времена, когда старые части скрыты новыми.
