Эдвард Стил - Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция

ли такая эффективная система в ламарковской обратной связи генов? Возможный ответ таков: дошедшая до наших дней система не могла появиться без соматического гипермутирования и без обратной связи генов сомы и зародышевой линии. Мы вернемся к этой проблеме позже.

Нам кажется уместной следующая, связанная с компьютерами, аналогия. Одна из множества опасностей, перед лицом которых мы стоим в век Интернета, соединяющего миллионы персональных компьютеров, — это электронные «вирусы» — детище нашей кибернетической культуры. Многие компьютерные вирусы по своему поведению очень похожи на биологические. При заражении жесткого диска они могут уничтожать или портить и файлы, и программы. Если мы нечаянно посылаем зараженное сообщение коллегам и друзьям, то тем самым мы производим новые копии вируса, обеспечивающие его выживание. Сейчас доступны антивирусные пакеты программ, которые автоматически проверяют входящие файлы на наличие известных компьютерных вирусов. А что же абсолютно новые электронные вирусы? Как нам защитить от них свои-компьютеры? Насколько современные антивирусные компьютерные программы сравнимы с биологической стратегией иммунного ответа? Что, если кибернетики были бы в состоянии создать новые электронные вирусы со всеми врожденными эффективными стратегиями нашей собственной иммунной системы? Смогут ли интернетовские или телефонные линии и коммутирующие концентраторы начать страдать от болезней, подобньк СПИДу? Произойдет ли это до того, как программисты создадут антивирусные программы, которые способны эффективно отвечать на неожиданное? Это захватывающие вопросы. IBM в настоящий момент создает «иммунную систему» для борьбы с вирусами в киберпространстве [8]. Антивирусные программы живут в хозяине-компьютере и контролируют системные функции, изменения в программах или семействах сигнатур для того, чтобы распознавать и уничтожать вирусы. У компьютерной иммунной системы, создаваемой IBM, любой набор данных, подозреваемых на зараженность, автоматически посылается в аппарат вирусного анализа. Программа, действующая как подсадная утка, «соблазняет» вирус заразить ее, так что код вируса выявляется для дальнейшего анализа. Затем аппарат вирусного анализа обновляет свои файлы прежде, чем посылать эту новую информацию назад в инфицированную машину и в любой другой потенциально инфицированный узел в сети (иммунный ответ). Таким образом, новые антивирусные программные технологии основаны на элементарных моделях иммунной системы позвоночных. «Эволюция» уже действует на компьютерном поле боя. Дальнейшее развитие антивирусных технологий, возможно, будет изменяться параллельно знаниям о биологической эволюции.

В этой главе было описано много примеров эффективности и логики иммунной системы, которые, возможно, помогут тем, кто интересуется «биологическим» дизайном компьютерных программ, обнаружить некоторые фундаментальные принципы. Анализ того, почему самолеты не похожи на птиц, дает нам важные уроки. Птицы имеют более высоко развитые факторы стабильности и маневренности, чем самолеты, однако, самолеты летают быстрее. Создания природы, как правило, оказываются более гибкими и легкими, нежели сконструированные людьми аппараты. Веками природа служила источником вдохновения для разработчиков новых технологий. Однако нам еще далеко до уровня эффективности системы приобретенного иммунитета. Как заметил Ричард Фейнман (Feynman), говоря об эффективности природы в квантовом масштабе и размышляя о том, может ли эффективно обрабатываться информация на этом уровне: «Внизу еще много места...».

В физике твердого тела и ядерной физике ученые только сейчас открывают детали некоторых законов природы, описывающих поведение субатомных частиц. Со временем откроется возможность создать нанокомпьютерную технологию (порядка 10 -9метра, или 10 -3микрона). Вполне вероятно, создание компьютерной технологии, действующей с той же эффективностью, что и живая клетка, со всем набором врожденных разумных функций, размещенных и внутренне управляемых на площади примерно в 5—10 микрон (приблизительный диаметр клеточного ядра равен 10 -5метра). В ближайшем будущем, используя современные промышленные технологии, достижения ультрафиолетовых лазеров, роботов и линз, необходимых для гравировки микросхем на силиконовых чипах, люди могли бы породить новое поколение микропроцессоров с размерами не больше 0,13 микрон в поперечнике. Правда, есть ряд технических и физических преград, которые пока делают дальнейшую миниатюризацию невозможной. Возможно также, что программисты смогут имитировать некоторые природные стратегии обработки информации для повышения эффективности своих программ. Конечно, наше схематичное сравнение иммунной системы с современными сканирующими антивирусными программами далеко от реальности. Когда мы сравниваем стратегии антивирусных программ со стратегиями нашей иммунной системы, оказывается, что компьютерщикам надо еще многому научиться. Информационным технологиям придется сделать существенный скачок для того, чтобы достичь совершенства иммунной системы позвоночных, приобретенного ею за время эволюции.

В гл. 4 мы высказали предположение, что соматические мутации V-генов играли важную роль в эволюции иммунной системы позвоночных. Сформулируем теперь несколько вопросов и постараемся ответить на них. Вопрос первый: каким образом создается картина не-случайности мутаций в ДНК-последовательности, при том, что мутации возникают в результате случайных ошибок? Ответ: по-видимому, существует отбор мутантных ДНК-последовательностей, или их белковых (или РНК) продуктов, сохраняющий только те мутантные гены, которые удовлетворяют селекционному критерию, остальные отбрасываются.

Вопрос второй: каким может быть механизм, предотвращающий появление лишних мутаций, т. е. тех, которые превращают последовательность, уже отобранную как успешную, в плохую? Ответ: по-видимому, существует такой обратный сигнал, который гарантирует, что ген с успешной мутацией не будет мутировать дальше.

И последний вопрос: как обеспечивается мутирование только одного гена? (Большинство генов должно сохраняться неизменным для выполнения надлежащих функций.) Ответ: созданием уникального молекулярного стыковочного устройства, обеспечивающего связывание мутационной машины исключительно с ло-кусом гена-мишени, в котором должны возникать мутации.