Питер Эткинз - Десять великих идей науки. Как устроен наш мир.

• Название: Десять великих идей науки. Как устроен наш мир.
• Автор: Питер Эткинз
• Жанр: Математика
• ISBN: 978-5-17-051198-3, 978-5-17-050272-1, 978-5-271-19820-5, 978-5-271-19821-2

Эта книга предназначена для широкого круга читателей, желающих узнать больше об окружающем нас мире и о самих себе. Автор, известный ученый и популяризатор науки, с необычайной ясностью и глубиной объясняет устройство Вселенной, тайны квантового мира и генетики, эволюцию жизни и показывает важность математики для познания всей природы и человеческого разума в частности.

---

Рис. 1.9. Геологические возрасты Земли, с именами, данными эрам, периодам и эпохам, на которые разделен каждый из них. Некоторые из главных событий приведены в правой колонке. Числовые значения времен являются лишь ориентировочными и меняются от источника к источнику.

Роковое вымирание динозавров в конце Мелового периода — только наиболее известное из по крайней мере пяти главных событий. Среди когда-либо произошедших катастрофических событий находится то, которое привело к концу Пермский период (Пермь, в восточной части европейской России), с исчезновением более 95 процентов видов морских животных. Ордовикский период был резко прерван 440 миллионов лет назад, Девонский  — 350 миллионов лет назад, Пермский период  — 250 миллионов лет назад, Триас — 205 миллионов лет назад и Меловой  — 65 миллионов лет назад. Причины большинства этих вымираний все еще по большей части неизвестны, но недостатка в идеях нет, включая столкновения с астероидами и большие падения уровня моря, сопровождавшиеся глобальным похолоданием. Сопутствующие вымирания являются травматическими, но жизнь не унывает, и многообразие видов возвращается очень быстро: через 5-10 миллионов лет многообразие достигает уровня, имевшегося до вымирания, часто даже превосходя его. События вымирания сметают конкурентов, освобождают ниши, созревшие для колонизации, и поздравляют всех (кроме вымерших) с появлением благоприятных возможностей. Однако, хотя вымирания играют важную роль, не следует ее преувеличивать. Типичный для животных вид продолжает существовать около 2 миллионов лет, а вспышки вымирания случаются обычно каждые 20-30 миллионов лет, так что большая часть видов не подвергается вымиранию от катастроф.

Злосчастная судьба динозавров таилась в том, что они оказались слишком живучими: они жили достаточно долго и дождались.

В настоящее время мы, по-видимому, находимся в сердцевине массового вымирания нового типа, когда активность человека делает биосферу неблагоприятной для многих видов флоры и фауны, с которыми он делит ее, а возможно, и для него самого. Самоиндуцируемое вымирание этого типа может быть неотвратимым спутником «прогресса», так как с ультрапессимистической неомальтузианской точки зрения можно считать, что способность к самоуничтожению неизбежно обгоняет развитие интеллекта. Наиболее мрачный взгляд заключается в том, что общества еще могут выживать, если индивид способен убить одним ударом всего несколько тысяч человек (как это было до сих пор в человеческой истории), но ни одно общество выжить не может, когда технология развита до такой степени, что одна персона обладает мощью, достаточной для убийства десятков миллионов. Человеческое общество, возможно, как раз подошло к этой точке. Если это является общим правилом для населения всех планет, то у нас очень мало надежды, так художественно внушаемой оптимистичной научной фантастикой, надежды на исполнение космических чаяний человечества. Зато наше вымирание, по крайней мере, создаст благоприятные возможности для тараканов.

Остается несколько центральных вопросов, касающихся всей этой богатой взаимосвязи между географией и генами, этой танцплощадки естественного отбора. Один из них — о природе объекта, на который воздействует естественный отбор. Воздействует ли он на ген, на индивида или на вид?

Мы можем исключить вид как единицу отбора. Организмы ничего не делают ради своего вида. Так же как естественный отбор не видит будущего, он не видит и сообществ. Индивид конкурирует с другим индивидом и стремится к своему собственному успеху, не заботясь о пользе совокупности организмов, составляющей вид. Репродуктивная энергия индивида питает эгоистическое поведение и не имеет представления об альтруизме, бессознательном поведении, приводящем к самопожертвованию ради других. Нельзя отрицать, что многие виды поведения выглядят альтруистическими, и лишь когда мы более тщательно исследуем их, обнаруживается, что это волки в овечьих шкурах, и альтруизм на деле оборачивается красными каплями эгоизма на зубах и клыках. При взаимном альтруизме, представляющем собой управляющий идеальным человеческим обществом вариант социального контракта, организм получает прощение за свой эгоизм в обмен на сотрудничество с другими организмами в значительной мере для того, чтобы в тяжелые времена помогающий мог бы сам получить помощь.

На более глубоком уровне следует понимать, что представители вида имеют общие гены, и помогая очевидным конкурентам по размножению, организм скрыто помогает распространению своих собственных генов. Этот тип альтруизма назван родственным отбором. Таким способом биолог-теоретик Дж.Б.С. Холдейн (1892-1964) выразил точку зрения, согласно которой он был бы рад утонуть, если бы это спасло двух его родных или десять двоюродных братьев. Каждый из его родных братьев разделял бы с ним половину его генов; его двоюродные братья разделяли бы одну восьмую (для компенсации хватило бы спасения восьми двоюродных братьев, спасение десяти дает уже генное преимущество). Контроль наших генов над нашим поведением предполагает, что мы можем смотреть глубже, чем уровень вида, глубже чем уровень индивида, прямо в глубь генов.

Проблема этого взгляда состоит в том, что он редко находится во взаимно однозначном соответствии с поведением. Существует не только заговор сложности биосферы, но также и воплощение генотипа (генетической конструкции организма) в фенотипе (физических характеристиках организма). Некоторые организмы отказывают себе в радостях воспроизводства, но все же делают свой вклад в будущее, помогая вместо себя размножаться своим близким родственникам. Гены их матки (например, пчелиной) так близки к их собственным, что, помогая ей размножаться вместо себя, они достигают распространения и своих генов: ведь она может рассеивать копии их генов, освобождая их от необходимости самим беспокоиться об этом.

Другой проблемой является отслеживание последствий конкуренции на одном уровне (например, индивидуальном) для другого уровня (видового). Может случиться, что выгода индивида вредоносна для группы. Поскольку индивид не обладает эволюционным предвидением, он может пренебрегать последствиями своего поведения для группы. Когда пищи недостаточно, некоторые индивиды продолжают размножаться и передают свои гены следующим поколениям; они не воздерживаются ради своего вида. В результате вид будет эволюционировать в направлении, задаваемом генным потоком эгоистичных копий. Современная эволюционная биология смотрит неодобрительно на групповой отбор, отбор на уровне вида или сравнимой группы индивидов: естественный отбор происходит на более низком уровне, и все эволюционные тенденции, которые, как кажется, указывают на межвидовый отбор, обычно могут быть прослежены до последствий отбора на нижнем уровне. Фактически, если исключить особый случай родственного отбора, нет никаких отчетливых примеров адаптации, которая недвусмысленно шла бы на благо группе: в лозунге «на благо вида» нет никакого содержания.

Проблема единицы отбора может быть выражена разными способами, так как отбор максимален на определенном уровне. На самом низком уровне бытия, на уровне атомов, не имеет значения, кто кого препарирует, ибо атомы переживают и убийцу, и нанесение увечий и резню. На много более высоком уровне, возьмем, к примеру, царство Животных, также не имеет значения, кто кого забивает, поскольку выживание царства не связано с его составом. Влияние на выживание становится гораздо более существенным, когда мы достигаем уровня индивидов и их генов, так как разница между убийцей и убитым теперь жизненно важна. Небольшой сдвиг к краю шкалы приводит нас к видам: смерть индивида определенно влияет на будущее вида, поскольку обычно лучше иметь столь много производителей, сколь это возможно, и ваше выживание является вкладом, при условии, что вы репродуктивно состоятельны. Класс млекопитающих также несколько более склонен к выживанию, когда обедающим является млекопитающее, а обедом — кто-то другой, но «собака съедает собаку» — и вообще, млекопитающее съедает млекопитающее факт, почти нейтральный. Сдвигаясь от индивидов к противоположному краю шкалы, мы сталкиваемся с их генами, которые одинаковы для индивида и для вида. Обладает ли обед чьими-то генами большей или меньшей важностью, чем обед просто кем-то?

Одним из подходов к выявлению единицы отбора является установление сущности, которая является потенциально бессмертной. Бессмертными являются атомы, но они представляют царство минералов, а не царство организмов. Компоненты, из которых формируется двойная спираль ДНК («нуклеотидные основания», которые мы обсуждаем в главе 2), не несут жизни внутри, так же как буквы алфавита не являются литературой. Даже если бы эти компоненты были бессмертны, считать их живыми не приходится. Геном человека, полный набор ДНК в каждой клетке, также не бессмертен, поскольку он постоянно меняется в процессе, называемом мейотической рекомбинацией, который сопровождает половое воспроизведение, когда одна цепочка — генов — заменяется другой (обсуждение этой проблемы также содержится в главе 2). Тут мы меняем уровень, переходя к генам, репродуктивно активным цепочкам ДНК. Ген потенциально бессмертен — пока не подвергнется мутации — так как он переносится от генома к геному, от мыши к мыши, оставаясь практически неповрежденным.[3] Является ли тогда именно он единицей отбора? В своей книге Адаптация и естественный отбор (1966) Джордж Уильямс утверждал, что ген следует рассматривать как некоторую порцию хромосомного материала, потенциально сохраняющуюся в поколениях, число которых достаточно для того, чтобы считать ее единицей естественного отбора. Оксфордский зоолог Ричард Докинз (р. 1941) в своей заслуженно знаменитой книге Эгоистичный ген (1976) безжалостно развил эту идею и проследил, как посредством эгоистического действия ген разворачивается в биосистему и обеспечивает свое собственное выживание.