Карл Циммер - Эволюция: Триумф идеи

К примеру, в 1995 г. инженер Джон Коуза воспользовался методами эволюционной кибернетики для разработки низкочастотного фильтра — прибора, способного заглушить все звуки выше определенной частоты. В качестве предельной Коуза выбрал частоту 2000 циклов в секунду. После десяти поколений компьютер выдал схему, которая приглушала все частоты выше 500 Гц, но полностью исключала только частоты выше 10 000 Гц. После сорок девятого поколения он создал схему, у которой коэффициент пропускания резко падал на 2000 Гц. Компьютер придумал схему лестничного типа из индуктивностей и емкостей с семью «ступеньками». Точно такое же устройство изобрел в 1917 г. Джордж Кемпбелл из AT&T. Компьютер без всяких подсказок со стороны Коузы нарушил патент.

После этого Коуза с коллегами разработали подобным образом и другие известные человечеству приборы: термометры, усилители с дополнительными низко- и высокочастотными головками, системы управления роботами и десятки других устройств, многие из которых повторили достижения великих изобретателей. Недалеко то время, предсказывают ученые, когда эволюционная кибернетика начнет создавать разработки, обладающие патентной новизной.

В настоящее время эволюция такого рода ограничена внутрикомпьютерным пространством, а существование ее полностью зависит от людей — программистов и инженеров. Но не исключено, что всего через несколько десятилетий автономные роботы смогут самостоятельно эволюционировать, придавая себе невиданные, невообразимые формы, которые никогда не смог бы придумать человек. В знак близких перемен два инженера из Университета Брандайса в Массачусетсе, Ход Липсон и Джордан Поллак, объявили в августе 2000 г. о том, что они дали компьютеру задание разработать при помощи эволюции шагающего робота.

Компьютер Липсона и Поллака разработал 200 проектов такого робота, каждый из них «с нуля». При помощи моделирующей программы Липсон и Поллак определили, как быстро каждый из этих роботов сможет передвигаться по полу, заменили слабо приспособленных роботов более приспособленными и всех оставшихся роботов подвергли мутации. Через несколько сотен поколений компьютер получил задание изготовить несколько самых успешных роботов из литой пластмассы. Эти роботы, разработанные при помощи эволюционных процессов, передвигаются как гусеницы-землемеры, крабы и другие животные, но внешне не похожи ни на каких реальных животных (и на животноподобных роботов, созданных человеком).

Зарождение искусственной эволюции — это триумф, которого Дарвин даже вообразить не мог. Четыре миллиарда лет назад на Земле появилась новая форма материи: субстанция, способная хранить информацию и воспроизводить себя, а также выживать при постепенном изменении этой информации. Мы, люди, тоже произошли от этой изменчивой субстанции, но теперь мы, возможно, научимся использовать ее законы для создания новых форм, полупроводников и пластмасс, бинарных потоков энергии.

Естественный отбор не ограничивается рыбками гуппи на Тринидаде или вьюрками на Галапагосских островах. Он касается всех без исключения видов всюду на Земле; мало того, он действует с того самого момента, когда на планете впервые зародилась жизнь. Древнейшие следы жизни ученые относят ко времени, отстоящему от сегодняшнего дня на 3,85 млрд лет, и палеонтологическая летопись — всевозможные ископаемые останки — рассказывает нам, как в последующие эпохи на планете появлялись новые формы жизни — эукариоты, животные и растения, рыбы, рептилии и млекопитающие. Поколение за поколением эволюция трансформировала ранние организмы во всевозможные новые формы, приходившие следом.

Дарвин не склонен был рассуждать о том, как именно происходили когда-то эти великие превращения. Ему вполне достаточно было загадок современного естественного отбора, тем более что механизм наследственности был ему, как и другим тогдашним ученым, совершенно неизвестен. Но сегодня появляется множество новых свидетельств — в форме расшифрованных генных последовательностей, вновь обнаруженных останков и древних следов химической активности Земли, — которые позволяют ученым подступиться к разгадке великой тайны эволюции жизни. При этом современные эволюционные биологи вырываются за пределы синтетической теории эволюции и обнаруживают, что царство эволюции более причудливо и удивительно, чем могли предположить предыдущие поколения.

Историю жизни на Земле невозможно отмотать назад по прямой линии. Как и предполагал Дарвин, за миллиарды лет она приобрела скорее вид дерева, поскольку от уже существующих ветвей-видов постоянно берут начало новые и ветвлению нет конца. Большинство ветвей уже «обрезаны» — соответствующие виды вымерли, но не раньше, чем дали начало жизни в том виде, в каком мы видим ее сегодня вокруг себя.

Уже не один десяток лет ученые раз за разом рисуют и перерисовывают древо жизни. Сначала они могли судить о видах только по их анатомии — сравнивать черепные швы или форму матки. Но этот метод оказался бесполезным, когда ученые захотели отступить на шаг и взглянуть на жизнь немного со стороны — на жизнь в самом широком смысле слова. Можно сравнивать листья вяза с листьями клена или сосны, но у человека нет листьев, и анатомическое сравнение становится гораздо более проблематичным. К счастью, и вязы, и люди построены на основе ДНК. При помощи секвенирования кусочков генетического материала сотен различных видов, от лягушек до дрожжей и цианобактерий, ученым удалось за последние 25 лет определить основную структуру древа жизни.

Это не законченная картина, а научная гипотеза. Она предлагает простейшую интерпретацию генетических последовательностей, обнаруженных учеными, и путей, по которым шли мутации генов. В будущем, по мере открытия новых видов и секвенирования новых генов, нам, возможно, придется менять структуру каких-то частей нашего условного дерева. Сегодня ученые могут сравнить между собой целые геномы сотен самых разных видов.

Странная штука это дерево, если вдуматься. В конце XIX в. эволюционные биологи рисовали его в виде могучего дуба, ветви которого отходят от главного ствола. Простейшие организмы, такие как бактерии, ответвлялись у основания, а человечество размещалось на самой верхушке как венец эволюции. Но теперь ученые видят жизнь не как единый восходящий ствол с отдельными ветвями, а как густые беспорядочные заросли.

У самых корней древо жизни разделяется на три основных ствола. Наша собственная ветвь — эукариоты; к ней принадлежат растения, грибы и животные, а также одноклеточные простейшие, такие как амебы, обитающие в лесной подстилке и в океанских водах, или паразиты, вызывающие малярию, дизентерию и другие заболевания. У всех эукариот очень характерные клетки. Большая часть ДНК в них заключена в ядре; кроме того, в их клетках имеется множество других органоидов, где, например, строятся новые белки и вырабатывается энергия.