Страсть Кауффмана к порядку

 

Возможно, самым амбициозным и радикальным современным ученым, бросившим вызов Дарвину, является Стюарт Кауффман (Stuart Kauffman), биохимик из Института Сайта-Фе, центра ультрасверхсовременной области сложности (см. главу 8). В шестидесятые годы, когда Кауффман еще учился в аспирантуре, он начал подозревать, что теория эволюции Дарвина имеет серьезные недостатки: она не может объяснить кажущуюся удивительной способность жизни появляться, а затем увековечивать себя такими поразительными способами. В конце концов, второй закон термодинамики утверждает, что все во Вселенной неумолимо движется к «тепловой смерти» или вселенскому успокоению.

Кауффман протестировал эти идеи, имитируя на компьютере взаимодействие различных абстрактных реагентов — предположительно, химических и биологических веществ. Он пришел к нескольким выводам. Во-первых, когда система простых химикатов достигает определенного уровня сложности, она подвергается радикальному изменению, сходному с той фазой изменения, которая происходит, когда вода замерзает. Молекулы начинают самопроизвольно соединяться, чтобы создать большие молекулы увеличивающейся сложности и каталитической способности. Кауффман доказывал, что именно этот процесс самоорганизации, или автокатализ, а не случайное формирование молекулы со способностью копировать себя и развиваться привел к жизни.

Другая гипотеза Кауффмана была гораздо более радикальной, ибо она бросила вызов, возможно, центральному принципу биологии — естественному отбору. В соответствии с Кауффманом, комплексные множества взаимодействующих генов, подверженных случайным мутациям, не развиваются случайно. Наоборот, они имеют тенденцию соединяться в относительно малом разнообразии комбинаций, или аттракторов, если использовать термин, столь любимый теоретиками хаоса. В своей книге «Происхождение порядка: самоорганизация и отбор в эволюции» (The Origins of Order: Self-Organization and Selectionin Evolution, 1993) объемом 709 страниц Кауффман утверждает, что этот принцип порядка, который он сам иногда называет антихаосом, мог сыграть большую роль, чем естественный отбор, в направлении эволюции жизни, в особенности когда жизнь становилась более сложной.

Я впервые встретился с Кауффманом во время поездки в Санта-Фе в мае 1994 года. У него было широкое, очень загорелое лицо и вьющиеся седые волосы, редеющие на макушке. Одет он был как и большинство в Санта-Фе: джинсовая рубашка, штаны цвета хаки и высокие ботинки. Он казался робким и уязвимым и в то же время исключительно уверенным в себе. Его речи, подобно импровизациям джазового музыканта, недоставало мелодии, но в ней было слишком много отступлений. Подобно торговцу, пытающемуся установить дружеские отношения, он постоянно называл меня Джоном. Ему явно нравилось говорить о философии. За время нашего разговора он прочитал мини-лекции не только по своим теориям антихаоса, но и о границах редукционизма, сложности опровержения теорий и социальном контексте научных фактов.

В начале нашей беседы Кауффман вспомнил статью о происхождении жизни, написанную для «Сайентифик Америкен». В этой статье я процитировал Кауффмана, который сказал о своей теории происхождения жизни: «Я уверен, что прав». Он признался мне, что смутился, увидев цитату в печати, и поклялся избегать подобного высокомерия в будущем. К моему сожалению, Кауффман в большинстве случаев слово держал. Во время нашего разговора он прилагал немалые усилия, чтобы смягчить свои утверждения: «Теперь я не собираюсь говорить, что я уверен, что прав, Джон, но…»

Кауффман только что закончил книгу «Дома во Вселенной» (At Homein the Universe), в которой представлен скрытый смысл его теорий биологической эволюции.

— Я считаю правильной свою книгу, опубликованную «Оксфорд Юниверсити Пресс», Джон, — я имею в виду, что она правильна в смысле, что все это идеально праводоподобно: многое можно показать экспериментально. Если рассуждать в терминах математических моделей, у вас есть набор моделей, которые говорят, что появление жизни может быть естественным процессом, в смысле, что, при условии достаточно сложного набора взаимодействующих молекул, вы должны ожидать кристаллизацию автокаталитических субнаборов. Так что если этот взгляд правильный, как я сказал вам с излишним энтузиазмом пару лет назад, — широкая улыбка, — тогда мы — это не невероятно невозможная случайность. Фактически жизнь почти точно существует где-то еще во Вселенной, — добавил он. — А поэтому мы дома во Вселенной не в том смысле, как мы были бы, если бы жизнь была невероятно невозможным событием, которое произошло на одной планете, и только на одной планете, потому что оно было бы таким невероятным, что нельзя было бы ожидать, что оно вообще произойдет.

Кауффман точно так же плел нить своей теории о том, как гены имеют тенденцию выстраиваться в определенные повторяющиеся структуры.

— Давайте опять предположим, что я прав, — сказал Кауффман, — тогда большая часть порядка, представленная биологическими системами, получается не в результате «с трудом достигнутого успеха естественного отбора», а как следствие распространяющихся повсюду эффектов, генерирующих порядок. Весь смысл в том, что это — стихийный порядок. Свободный порядок, так? Опять же, если эта точка зрения верна, то, чтобы объяснить ее, нам нужно не только модифицировать дарвинизм, при этом мы поймем и кое-что о возникновении и порядке жизни другим способом.

Его компьютерные модели предлагают другой, более трезвый взгляд, сказал Кауффман. Как добавление одной песчинки в большую кучу песка может вызвать лавины по ее сторонам, точно так же изменение приспособленности одного вида может вызвать внезапное изменение приспособленности всех других видов в экосистеме, которое может закончиться лавиной уничтожения.

— Если сказать это метафорично, то лучшая адаптация, которую в состоянии достичь каждый из нас, может выпустить на свободу лавину, которая приведет к нашему полному уничтожению, так? Поскольку мы все вместе играем в эту игру, то посылаем наши импульсы в систему, которую совместно создаем. Вот это означает неизбежность.

Кауффман приписал аналогию с кучей песка Перу Баку (РегВаК), физику, связанному с Институтом Санта-Фе и разработавшему теорию, названную «самоорганизованная критичность» (она обсуждается в гл. 8).

Когда я высказал свое беспокойство по поводу того, что многие ученые, и в особенности ученые из Института Санта-Фе, кажется, путают компьютерное моделирование с реальностью, Кауффман кивнул.

— Согласен с вами. Меня лично это очень беспокоит, — ответил он.

Рассматривая модели, заявил он, «я не мог сказать, где пролегает граница между разговором о мире — я имею в виду все, что тут есть, — и очень аккуратными компьютерными играми, формами искусства и игрушками». Однако, когда он занимался компьютерным моделированием, он «всегда, ну или почти всегда, пытался выяснить, как что-либо в мире работает. Иногда я просто пытаюсь найти вещи, которые кажутся интересными, и думаю, подойдут ли они. Но я не думаю, что человек занимается наукой, если результаты его исследований не могут быть представлены наглядно. И это, в конечном счете, означает иметь возможность быть протестированным».

Его модель генетических сетей «делает все виды предсказаний», которые, вероятно, будут протестированы на протяжении следующих 15–20 лет, сказал Кауффман.

— Она может быть протестирована с некоторыми предосторожностями. Когда у вас система с 100 000 компонентов и вы не можете разобрать систему на детали — пока, — какие последствия могут быть протестированы? Это статистические последствия, правильно?

Как можно протестировать его теорию происхождения жизни?

— Вы задаете два разных вопроса, — ответил Кауффман.

В одном смысле, вопрос относится к способу, каким жизнь фактически возникла на Земле примерно четыре миллиарда лет тому назад. Кауффман не знал, может ли его теория или какая-либо иная теория направить силы на удовлетворительное решение этого исторического вопроса. С другой стороны, можно протестировать его теорию, пытаясь создать автокаталитические ряды в лаборатории.

— Вот что я вам скажу. Заключим сделку. Если я или кто-то другой сделает автокаталитические ряды молекул с переходами из фазы в фазу и графики реакций, то вы ведете меня ужинать, хорошо?

Есть параллели между Кауффманом и другими учеными, бросившими вызов статус-кво в эволюционной биологии. Во-первых, идеи Кауффмана имеют исторические прецеденты, точно так же, как прерывистое равновесие и симбиоз. Кант, Гёте и другие мыслители до Дарвина допускали, что в основе структуры природы могут лежать общие математические принципы или правила. Даже после Дарвина многие биологи сохраняли свое убеждение в существовании, в дополнение к естественному отбору, некой силы, генерирующей порядок, которая нейтрализует всеобщее движение к термодинамической похожести. В двадцатом веке эту точку зрения, иногда называемую рациональной морфологией, пропагандировали Д'Арси Вентворт Томпсон (D'Arcy Wentworth Thompson), Вильям Батесон (William Bateson) и, совсем недавно, Брайан Гудвин (Brian Goodwin). 

Более того, кажется, что Кауффман руководствуется по меньшей мере в такой же степени философской уверенностью в том, каковы должны быть вещи, как и научным любопытством по поводу того, каковы вещи на самом деле. Гоулд подчеркивает важность случайности в формировании эволюции. Маргулис сторонится неодарвинистского редукционизма в пользу более холистического подхода. Точно так же Кауффман чувствует, что одна случайность не могла создать жизнь; у нашего космоса должна быть где-то скрыта некая фундаментальная тенденция генерирования порядка.

В конце концов Кауффман, как Гоулд и Маргулис, старался определить свое отношение к Дарвину. В интервью он сказал мне, что рассматривает антихаос как дополнение к естественному отбору Дарвина. В другой раз он объявил, что антихаос — это первичный фактор эволюции и что роль естественного отбора была минимальной или вообще отсутствовала. Неизменная двойственность Кауффмана в этом вопросе ясно видна в черновом варианте «Дома во Вселенной», который он дал мне в распечатке весной 1995 года. На первой странице книги Кауффман провозглашает, что дарвинизм был «неправильным», но он вычеркнул слово «неправильный» и заменил его «неполным». В книге, опубликованной несколько месяцев спустя, Кауффман возвращается к «неправильному». А что оказалось в последней вышедшей версии книги? «Неполный».

У Кауффмана есть сильный союзник в лице Гоулда, который объявил на обложке «Происхождения порядка», что книга станет «вехой и классикой, по мере того как мы на ощупь двигаемся к более всеобъемлющей теории эволюции». Это странный союз. В то время как Кауффман доказывал, что законы сложности, которые он находит в своем компьютерном моделировании, дали эволюции жизни определенную неизбежность, Гоулд посвятил свою карьеру доказательству того, что фактически ничто в истории жизни не было неизбежным. В разговоре со мной Гоулд также рьяно отвергал предположение, что история жизни разворачивалась в соответствии с математическими законами.

— Это очень глубокая позиция, — сказал Гоулд, — но я также считаю, что она глубоко неправильная.

Общее у Гоулда и Кауффмана то, что они оба бросили вызов утверждению Ричарда Докинса и другим последовательным дарвинистам, что эволюционная теория уже в большей или меньшей степени объяснила историю жизни. Давая краткие аннотации книг Кауффмана, Гоулд показывает свою приверженность старой истине: враг моего врага — мой друг.

Кауффману в общем-то не удалось найти последователей своих идей. Возможно, главной проблемой является то, что его теории статистичны по своей природе, как он сам признает. Но нельзя подтвердить статистическое предсказание вероятности происхождения жизни и ее дальнейшую эволюцию, если для рассмотрения есть только одна исходная точка данных — жизнь на Земле. Одна из самых жестких оценок работы Кауффмана принадлежит Джону Майнарду Смиту (John Maynard Smith), английскому биологу, который, как и Докинс, известен своим острым языком. Он проложил путь использованию математики в эволюционной биологии. Когда-то Кауффман учился у Майнарда Смита и потратил бессчетное количество часов, чтобы убедить своего бывшего учителя в важности своей работы — и, очевидно, безрезультатно. В публичных дебатах в 1995 году Майнард Смит сказал о самоорганизованной критичности, модели кучи песка, представленной Пером Баком и поддержанной Кауффманом: «Я нахожу все дело заслуживающим презрения». Позднее Майнард Смит сказал Кауффману, когда они пили пиво, что он не считает подход Кауффмана к биологии интересным. Для практика иронической науки, такого как Кауффман, не может быть более жестокого обвинения.

Кауффман более всего красноречив и убедителен, когда критикует. Он намекал, что теория эволюции, провозглашенная такими биологами, как Докинс, является холодной и механистической; она не отдает должного великолепию и тайне жизни. Кауффман прав: в самом деле, есть что-то неудовлетворительное, тавтологическое в дарвиновской теории, даже когда она толкуется таким опытным риторикой, как Докинс. Но Докинс, по меньшей мере, разделяет живое и неживое. Кажется, что Кауффман видит все явления — от бактерий до галактик — как манифестации абстрактных математических форм, проходящих бесконечные пермутирования. Он математический эстет. Его видение похоже на видение физиков частиц, которые называют Бога геометром. Кауффман предположил, что его видение жизни более значимо и успокаивающе, чем у Докинса. Но большинство из нас, как я подозреваю, может больше солидаризироваться с напористыми маленькими копиями Докинса, чем с булевыми функциями в многомерном пространстве Кауффмана. Где там смысл и успокоение в этих абстракциях?

 

 

Консерватизм науки

 

Постоянной угрозой статус-кво в науке — И во всякой другой области человеческой деятельности — является желание новых поколений оставить свой след в мире. У общества тоже неутолимый аппетит к новому. Это в основном и определяет быструю смену стилей в искусстве, где изменение принимается ради изменения. Наука едва ли осталась неподвержена таким влияниям. Прерывистое равновесие Гоулда, «Гея» Маргулис и антихаос Кауффмана — все имели свою минуту славы. Но по очевидным причинам гораздо труднее добиться длительного изменения в науке, чем в искусстве. Успех науки возникает большей частью из ее консерватизма, настойчивости на высоких стандартах эффективности. Квантовая механика и теория относительности были настолько новы и удивительны, насколько можно было только желать. Но они получили всеобщее признание не потому, что дали интеллектуальный импульс, а потому что были эффективны: они точно предсказали результат экспериментов. Старые теории стары обоснованно. Они устойчивы и гибки. У них есть сверхъестественное соответствие реальности. Они даже могут быть Истиной.

Так называемые революционеры сталкиваются с другой проблемой. Научная культура когда-то была гораздо меньше и поэтому более подвержена быстрому изменению. Теперь она стала обширной интеллектуальной, социальной и политической бюрократией с соответствующей инертностью. Стюарт Кауффман во время одной из наших бесед сравнил консерватизм науки с консерватизмом биологической эволюции, в которой история жестоко сдерживает изменения. Не только наука, но и многие другие системы идей — и особенно с важными социальными последствиями — имеют тенденцию «стабилизироваться и замерзать» со временем, отметил Кауффман.

— Подумайте об эволюции в стандартной процедуре управления кораблями или самолетами, — сказал он. — Это невероятно консервативный процесс. Если вы влезете туда и попробуете сконструировать ab Initio[98] процедуры, осуществляемые на самолете, вы взорвете его к чертовой матери!

Кауффман склонился ко мне.

— Это в самом деле интересно, — сказал он. — Давайте возьмем право, хорошо? Английское общее право развивалось сколько, 1200 лет? Существует огромный свод с целым набором концепций о том, что представляет собой разумное поведение. Было бы очень сложно все это изменить! Интересно, смогли бы вы показать, как развивается идея в любой другой области, могли бы вы показать, что центр все больше и больше сопротивляется изменениям?

Странно, но Кауффман представил великолепный аргумент, поясняющий, почему его собственные радикальные теории о происхождении жизни и биологическом порядке, возможно, никогда не будут приняты. Если какая-то научная идея и доказала свою способность преодолеть все, бросавшее ей вызов, то это дарвиновская теория эволюции.

 

 

⇐ Предыдущая11121314151617181920Следующая ⇒

Поделиться: