Джон Брокман - Эта идея должна умереть. Научные теории, которые блокируют прогресс

Почти все ученые – редукционисты, поскольку думают, что все явления, какими бы сложными они ни были, подчиняются главным физическим уравнениям. Но даже если бы гиперкомпьютер смог решить уравнение Шрёдингера для колоссального объема атомов, из которых состоит (скажем) прибой, стая перелетных птиц или тропический лес, объяснение на атомном уровне не дало бы нам того знания, которого мы на самом деле добиваемся. Мозг – это скопление клеток, а живописное полотно – скопление химических пигментов. Но что интересно в обоих случаях, так это паттерны и структуры, то есть возникающая сложность.

Мы, люди, не очень изменились с тех пор, когда наши далекие предки бродили по африканской саванне. Наш мозг развивался для того, чтобы мы могли управляться с окружающей человека средой, масштаб которой таков же, как и наш. Так что это и в самом деле замечательно, что мы можем разбираться в вещах, которые недоступны для нашей повседневной интуиции, в частности в крошечных атомах, из которых мы сделаны, и громадном космосе, который нас окружает. Тем не менее – даю голову на отсечение – некоторые аспекты реальности объективно находятся вне возможностей нашего познания, и для их понимания требуется некий постчеловеческий интеллект – точно так же как евклидова геометрия недоступна низшим приматам.

Кто-то может оспорить это заявление, указав, что для вычислений не может быть никаких пределов. Но исчисляемое не значит концептуально постижимое. Вот простой пример: любой человек, владеющий декартовой геометрией, легко может мысленно представить себе простую форму – линию или круг, – если увидит ее уравнение. Но никто, имея (кажущийся простым) алгоритм для рисования множества Мандельброта, не сможет визуально представить его поразительные хитросплетения – хотя для компьютера рисование модели является весьма скромной задачей.

Было бы неоправданным антропоцентризмом верить в то, что вся наука (и точное понимание всех аспектов реальности) находится в пределах досягаемости человеческого ума. Будут ли действительно долговременные планы на будущее реализованы живыми постчеловеческими существами или разумными машинами – это предмет для дискуссий, но в любом случае на их долю останется немало открытий, которые сегодня недоступны для нас.

Старший преподаватель поведенческой биологии Бристольского университета, Великобритания.

Гены и сети их взаимодействия определяют фенотип организма – то, как он выглядит и как себя ведет. Одна из самых крупных проблем в современной эволюционной биологии состоит в том, чтобы понять взаимоотношения между генами и фенотипами. Преобладает теория, согласно которой все животные созданы фактически из одного и того же набора регуляторных генов – генетического пакета – и что фенотипические вариации внутри видов и между ними возникают просто потому, что эти общие для всех гены используются по-разному. Но сейчас ученые добывают огромный объем геномных данных из самых различных организмов, и эти данные велят нам отправить на покой идею о том, что в основе всей жизни на Земле лежит один набор законсервированных генов. Вместо этого нам нужно исследовать роль геномных новаций в эволюции фенотипического разнообразия и обновления.

Идея законсервированного генетического набора жизни родилась в мире evo-devo [34]. Если коротко, то эта научная дисциплина предполагает, что эволюция во всех организмах использует одни и те же ингредиенты, но каждый раз ведет сложную работу с рецептами. Экспрессия генов в разное время развития и/или в разных частях тела приводит к тому, что одни и те же гены могут быть использованы в разных комбинациях – это делает возможным развитие, генерирует фенотипическое разнообразие и обновление. Животные выглядят по-разному не потому, что у них разные молекулярные аппараты, а потому, что разные части этих аппаратов активированы в разной степени в разное время, в разных местах и в разных комбинациях. Число комбинаций в самом деле огромно, и это дает правдоподобное объяснение развитию сложных и разнообразных фенотипов даже из малого числа генов. Например, в геноме человека всего лишь 21000 генов, однако мы представляем собой, пожалуй, один из самых сложных продуктов эволюции.

Хрестоматийный пример – это суперконтроллер развития, Hox -гены: набор генов, которые говорят телам в каждой основной животной группе, где им следует отращивать головы, хвосты, руки, ноги. Hox -гены есть у мышей, червей, людей… Они унаследованы от общего предка. Другие генные наборы отвечают за развитие глаз или за цвет волос (оперения). Генные наборы стары, они присутствуют во всех животных и делают для всех животных примерно одно и то же. Нельзя отрицать, что законсервированный геномный материал формирует важную часть молекулярных строительных блоков жизни.

Однако сейчас мы можем de novo , то есть с самого начала, секвенировать геномы и транскриптомы (гены, работающие здесь и сейчас) любого организма. У нас есть последовательности для водорослей, питонов, зеленых морских черепах, рыбы фугу, пестрых мухоловок, утконосов, коал, обезьян бонобо, гигантских панд, дельфинов-афалин, муравьев-листорезов, бабочек-монархов, тихоокеанских устриц, пиявок – список растет по экспоненте. И каждый новый геном несет в себе набор уникальных генов. У круглых червей 20 % генов уникальны. В каждой линии муравьев содержится примерно 4000 новых генов, но только 64 гена сохраняются во всех 7 муравьиных геномах, которые к настоящему времени прослежены.

Многие из этих уникальных («новых») генов оказываются важными в эволюции биологических инноваций. Морфологические различия между близкородственными пресноводными полипами Hydra могут объясняться маленькой группой новых генов. Новые гены оказываются важными у рабочих пчел, ос и муравьев. Гены, специфичные для тритонов, могут играть роль в их поразительной способности регенерировать ткани. У людей новые гены ассоциируются с такими тяжелыми заболеваниями, как лейкозы и болезнь Альцгеймера.

Жизнь геномно сложна, и эта сложность играет важнейшую роль в развитии многообразия жизни. Легко увидеть, как инновация может улучшаться путем естественного отбора: например, как только появился первый глаз, он сразу стал подвергаться суровому отбору, чтобы увеличить приспособленность (способность к выживанию) его хозяина. Сложнее объяснить, как появляются новации, особенно из законсервированного геномного набора. Дарвиновская эволюция объясняет, как организмы и их признаки развиваются, но не как они возникли. Как появился первый глаз? Или, более точно, как впервые появился главный регуляторный ген для развития глаза у всех животных? Способность к развитию новых фенотипических признаков – будь то морфологические, физиологические или поведенческие – играет решающую роль для выживания и адаптации, особенно в меняющейся (или новой) среде.