4F: Биология личности. Как древние инстинкты управляют нашими решениями — и как мы можем ими управлять

Наш вид тоже прошёл через жёсткий кастинг. Например, в Африке выживали те, кто лучше переносил жару и умел бегать на длинные дистанции. В Европе закрепились мутации, позволявшие усваивать молоко взрослых коров. Это не тренировка, а отбор — случайные мутации + польза = закрепление.

Дарвин сделал фильм похожей не на фитнес-зал (как у Ламарка), а на реалити-шоу. В итоге остаются только те герои, которые лучше всего подходят к декорациям окружающего мира. Дарвин дал нам мощное объяснение: эволюция — это не усилие особи, а отбор природы.

Жоффруизм. На площадке появляется новый режиссёр — Этьен Жоффруа Сент-Илер. В руках у него не сценарий, а стопка чертежей, похожих на архитектурные планы. Он улыбается и говорит:

— «Господа, вы всё усложняете. Посмотрите: у всех позвоночных актёров — один и тот же план тела. Будь то рука человека, крыло летучей мыши или плавник дельфина — в основе лежит одна и та же схема. Я снимаю фильм о гармонии и симметрии природы».

Жоффруа Сент-Илер слабо интересовался мнением критика-отбора. Он был инженером, конструктором. Он пришел на конкурс с одним-единственным «типовым проектом» — единым планом строения. Жоффруа утверждал, что все статуи позвоночных — это лишь вариации на одну и ту же тему. В основе лежит общий «чертеж» (скелет). Он может взять этот чертеж и немного изменить пропорции: сделать кости пальцев безумно длинными — получится крыло летучей мыши. Укоротить и уплостить кости руки — выйдет ласт кита. Превратить чешую в перья — будет птица. Но он никогда не сможет приделать к статуе шестую конечность или вторую голову, потому что этого нет в базовом проекте. Его двигатель эволюции — это не отбор и не упражнение, а прямое влияние среды, которое, как талантливый аранжировщик, по-разному «исполняет» одну и ту же великую мелодию, заложенную в плане строения.

Жоффруа видел эволюцию не как хаос случайностей, а как воплощение общего архитектурного замысла. У каждого организма есть вариации, но фундамент — один. Это как если бы разные декорации строились на одной и той же сцене: сегодня тут дворец, завтра рынок, но каркас сцены остаётся неизменным.

У человека — рука с пятью пальцами. У летучей мыши — крыло, но пальцы вытянуты, как спицы. У кита — плавник, но кости расположены так же, как в нашей ладони. Эта повторяемость формы — классический аргумент в пользу жоффруизма.

У жука грудь и брюшко состоят из повторяющихся сегментов. У гусеницы тоже сегменты, только мягкие. У пчелы сегменты более специализированные. Разные герои — одна архитектурная сетка.

У растений лепестки, чашелистики и тычинки — это вариации одного и того же органа (листа), преобразованного по-разному.

Фильм Жоффруа напоминает артхаус: кадры симметричны, линии гармоничны, всё построено по архитектурным законам. Это кино о красоте и повторяющихся мотивах. Жоффруизм сделал акцент на том, что эволюция не только отбирает (Дарвин) и не только тренирует (Ламарк), но и строит по универсальному плану, который виден сквозь всё разнообразие живого.

Номогенез. На площадку выходит Лев Семёнович Берг. В руках у него не сценарий и не чертежи, а толстая тетрадь с нотами. Он усаживается за пианино и начинает тихо играть.

«Эволюция — это не хаос. Это музыка. Она может быть разной: быстрой, медленной, мажорной или минорной. Но всё равно подчиняется законам — семи нотам, ритму, гармонии. Так и живые организмы: они меняются, но в пределах внутренних правил. Нельзя сыграть то, чего нет в нотах.

Вы все возитесь с материей: сценариями, актерами, зрителями, костями, мышцами. А я работаю с перенасыщенным раствором, который кристаллизуется. Я не создаю форму снежинки, я просто понижаю температуру, а раствор сам, по своим внутренним законам, вырастает в предсказуемые, заранее определенные шестиугольные узоры».

Для Берга эволюция — это не случайный поиск и не стремление к совершенству. Это закономерное развертывание внутренних свойств, заложенных в самой живой материи. Эволюция идёт по внутренним закономерностям, а не по случайным мутациям и отбору.

В 1920 году была открыта таблица Вавилова для растений. Это аналог таблицы Менделеева, только в ячейках не химические элементы, а разновидности злаков. Это упорядоченная изменчивость. Более того, некоторые биологи утверждают о наличии скрытого закона, так как подобные ряды есть не только у растений, но и в строении кристаллов и органических молекул! Так, у различных насекомых нашли вполне «Вавиловские» ряды мутаций. Вполне возможно, что к таблице Менделеева (химия) и Вавилова (растения) в скором времени добавится и таблица пока неизвестного героя уже для животных.

Дельфин, кит и ихтиозавр — три разных «актёра» (млекопитающее, млекопитающее и рептилия), но все сыграли почти одинаковую роль — обтекаемое тело с плавниками. Почему? Законы гидродинамики! В воде выгодна именно такая форма, и природа снова и снова выбирает её.

Почему насекомые не могут вырасти до размеров лошади? Потому что их дыхательная система — система тонких трубочек (трахей), снабжающие кислородом клетки. Она работает только при маленьких размерах. Закон внутреннего строения накладывает предел.

Растения могут иметь миллионы форм листьев, но все они подчиняются законам развития: жилки расходятся по определённым схемам, симметрия сохраняется. Это не хаос, а закономерность роста.

Фильм Берга — это симфония. Камера движется плавно, сцены складываются в ритм, музыка усиливает сюжет. Герои не могут делать что угодно: у них есть сценарные и музыкальные рамки. Даже случайные события (буря, падение декорации) вплетаются в симфонию, подчиняясь общему закону.

Что лежит в основе Жоффруизма, Номогенеза и Ламаркизма18? Ощущение направленности эволюции.

— Наличие мотивов. У эволюции есть «мотивы» — повторяющиеся направления развития. Например, разные группы независимо пришли к похожим решениям: крылья у насекомых, птиц и летучих мышей; обтекаемое тело у рыб, дельфинов и ихтиозавров. Эволюция не бродит по бесконечному пространству возможностей. Она идёт по тропинкам, которые диктует как физиология, так и экология.

— Параллелизация. Разные ветви жизни развиваются в одном и том же направлении. Например, параллельное развитие глаз у головоногих моллюсков и позвоночных, или появление теплокровности у млекопитающих и птиц. Параллелизация — свидетельство того, что эволюция предсказуема в общих чертах: если условия одинаковые, то и результат часто будет схожим.

— Адаптивный компромисс. Любое приспособление стоит цены. Природа постоянно ищет баланс: быстрый хищник → менее выносливый; умный мозг → дорогой по энергии. Эволюция идёт не к идеалу, а к балансу. Это не гонка к совершенству, а поиск «достаточно хорошего» решения.

— Увеличение сложности. Со временем появляются всё более сложные системы: клетка → многоклеточный организм → нервная система → мозг → культура. У эволюции есть тенденция: сложные формы могут использовать больше ресурсов и занимать перспективные ниши. Это создаёт «общее направление» роста сложности.

— Возникновений «идей». В эволюции повторно возникают одни и те же «идеи»: птицы, млекопитающие, кораллы. Словно в природе есть «репертуар» решений. Эволюция действует как «библиотека идей»: у неё ограниченный набор возможных решений, и они всплывают снова и снова.

— Мозаичное распределение признаков. Организмы часто комбинируют черты, которые по отдельности встречаются в разных линиях. Например, утконос — млекопитающее с чертами птицы и рептилий. Эволюция работает как конструктор LEGO: из ограниченного числа деталей она собирает разные модели, иногда неожиданные.

— Канализированность молекулярной эволюции. Даже на уровне генов изменения не хаотичны. Есть «каналы» допустимых мутаций: белки могут изменяться лишь так, чтобы сохранять функцию. Эволюция «канализирована» — как вода, которая может течь только по руслу реки. Возможностей бесконечно много, но реально используются лишь немногие пути.

Направленность эволюции показывает, что она не в полной мере хаотична. У неё есть:

— Ограничения (строение тела, экология, генетика).

— Повторяющиеся мотивы (параллелизация, «идеи»).

— Закономерные пути (канализированность, рост сложности).

— Баланс (неслучайность процессов, компромисс между выгодой и ценой): не лучшее, но «достаточно хорошее» решение.

Обычный географический ландшафт определяет русла рек — течение от истока к устью. Какие-либо изменения ландшафта (например, вызванные землетрясениями или оползнями) меняют картину рельефа местности и направления пути движения рек. Развитие животного от оплодотворения (исток) до зрелости (устье) идет по рельефу местности (окружение). Его формирует состав семьи, конфликты, взаимоотношения с одноклассниками, сокурсниками и коллегами и т. д.

Великий спор четырёх режиссёров. На площадке стоит декорация: зелёная саванна, жирафы щиплют листья. Вокруг — камеры, свет, суета. И вот четверо режиссёров сходятся лицом к лицу.

Ламарк (подпрыгивает и показывает вверх на жирафа):

— «Видите? Жираф тянет шею к листьям. Он старается, тренируется. Его дети унаследуют этот прогресс. Жизнь — это упорство и труд!»

Дарвин (строго поправляет бороду).

— «Мы ничего не знаем о причинах изменчивости. Да, тренировка имеет значение. Но этого недостаточно. Те жирафы, которые дотянутся до листьев, выживают и дают потомство. Остальные выбывают из шоу. Жизнь — это кастинг, и зритель-природа решает, кто играет дальше».

Жоффруа Сент—Илер (раскладывает на столе чертежи скелетов)

— «Господа, взгляните внимательнее! У всех этих жирафов, львов, даже у человека — одна и та же схема костей. Это не хаос, а архитектура. Жизнь — это общий план, по которому строятся разные герои».

Берг (садится за пианино и берёт аккорд)

— «И всё это подчинено законам. Музыка фильма не случайна. Гидродинамика делает дельфина похожим на кита, дыхание ограничивает размеры насекомых. Жизнь — это симфония, где импровизация возможна только в пределах нот».

Перебранка. Ламарк стучит кулаком по столу:

— «Без труда не вынешь и рыбку из пруда!»

Дарвин кивает на зрителей:

— «Да, тренироваться надо, но если зрителю не понравилось — вон из кадра!»

Жоффруа разводит руками:

— «А вы слепы к гармонии! Видите лишь усилия и отбор, но не красоту общего плана».

Берг тихо играет на рояле:

— «Все вы правы, но ни один не объясняет всего. Музыка объединяет ваши подходы: есть и тренировка, и отбор, и план, и закон».

Четыре режиссёра спорят и не могут договориться, кто прав. Но зритель видит, что правда не у одного, а в оркестре идей, где каждая добавляет свою ноту в симфонию эволюции.

Тренды. Когда спор четырёх режиссёров утихает, мы выходим из павильона и смотрим на весь фильм «Жизнь» сверху. Итак, четыре гения, четыре метода. Кто же победил в конкурсе? На протяжении ста лет казалось, что ответ очевиден.

Весь XX век прошел под знаменем Дарвина. Практически 100% университетских учебников были написаны с его позиций. Идеи Ламарка, Жоффруа и Берга были объявлены «ересью» и отправлены на свалку истории. Казалось, что слепой отбор — единственный и всемогущий творец.

Но в конце XX века ученые, вооруженные новыми инструментами, заглянули в «генетические чертежи» и ахнули. Оказалось, что отбор не всесилен! Он может выбирать только из того «меню», которое ему предлагают. А это меню строго ограничено внутренними правилами сборки организма.

Почему у всех насекомых шесть ног? Не потому, что семь ног — это неэффективно. А потому что их «типовой проект» просто не имеет инструкции «построй седьмую ногу». Это мощнейшее ограничение развития. Жоффруа и Берг были во многом правы: эволюцией правят не только внешние критики, но и внутренние законы.

Самое удивительное произошло с Ламарком. Его главная идея — наследование приобретенных признаков, казалась полностью разгромленной. Какая ерунда, чепуха — кричали все вокруг (пожалуй, кроме Дарвина). Но тут появилась эпигенетика и Ламарка частично реабилитировали.

Сегодня мы понимаем, что истина, как всегда, оказалась посередине. История не выявила одного победителя. Современная теория эволюции — это синтез всех четырех идей. Внутренние «чертежи» и «законы кристаллизации» (Жоффруа и Берг) определяют, какие формы в принципе возможны. Случайные мутации (Дарвин) создают разнообразные «обломки мрамора» в рамках этих возможностей. Опыт жизни иногда оставляет на «мраморе» передаваемые по наследству «насечки» или «шрамы» (призрак Ламарка). А внешний критик — естественный отбор (Дарвин), решает, какая из получившихся статуй достойна остаться в вечности. Так рождается скульптура жизни.

Компромисс

Представьте себе огромный рынок. Там шумно, колоритно, каждый кричит о своём товаре. Вот бабочка предлагает новые крылья — лёгкие, как лепестки. Вон ящерица рекламирует хвост, который можно откинуть, если схватил враг. Человек хвастается мозгом, но тихо признаётся, что он слишком дорогой в обслуживании.

Эта картина — не фантазия. Это и есть эволюция. Но в отличие от обычного рынка, здесь нет денег. Здесь действует правило: «любое улучшение надо чем-то оплачивать». Два выдающихся учёных помогли понять, как именно жизнь «оплачивает» свои инновации:

— Александр Расницын — предложил идею адаптивного компромисса: улучшение всегда сопровождается потерями.

— Александр Марков — ввёл понятие регуляторного компромисса: сложность требует всё больше ресурсов на управление.

Можно сказать, что у эволюции два бухгалтера. Один считает расходы в теле, «железе», другой — расходы на управление этим телом, в «программном обеспечении».

И вот именно эти два компромисса задают тон всей истории жизни. От бактерии до человека. И как любой разработчик, эволюция постоянно сталкивается с ограничениями и вынуждена идти на компромиссы. Каждый организм, от амебы до человека, — это результат бесконечных «сделок с совестью». И сегодня мы, как настоящие «гейм-дизайнеры», разберем два главных типа компромиссов, которые и создали наш мир. Это «компромисс железа» и «компромисс программного обеспечения».

Адаптивный компромисс. Представьте, вы создаете персонажа новой игры. У вас есть 100 очков навыков, которые нужно распределить. Вы можете вложить 80 очков в «силу» и 20 в «интеллект» — получится могучий, но туповатый варвар. Или 90 в «ловкость» и 10 в «здоровье» — выйдет смертоносный, но хрупкий ассасин. Но вы не можете создать персонажа, у которого все характеристики будут на максимуме. Вам придется выбирать. Более того, разные части тела должны соответствовать не только внешним требованиям, но и друг другу. Руки и ноги, тело и голова должны быть взаимно приспособлены, чтобы организм работал как единое целое.

Это и есть «компромисс железа». Это конфликт между разными задачами, которые должна выполнять одна и та же часть тела. Нельзя создать ногу, которая будет одновременно идеальной для бега, плавания, лазанья по деревьям и рытья нор. Придется чем-то жертвовать. Если нога развивается для лазания по деревьям, то и мозги, тело, внутренние органы развиваются под эту задачу синхронно.

Страусы когда-то имели летающих предков. Но со временем ставка была сделана на скорость бега. Крылья стали ненужным балластом — они уменьшились. Зато ноги превратились в настоящие «спортивные болиды». Компромисс: + скорость бега, но — (минус) полёт.

Человеческий мозг — это чудо. Он большой, умный, он позволил нам строить города, писать книги и делать смартфоны. Но есть плата. Чем больше мозг, тем больше голова. А у женщин родовые пути ограничены. В древности роды были смертельно опасны: многие женщины и младенцы погибали. Компромисс: + интеллект, — безопасность размножения.

Возьмём ленточного червя. У него нет ни желудка, ни сложных органов чувств. Всё тело — это фабрика по производству яиц. Зато он экономит силы: питание поступает прямо через поверхность тела из кишечника хозяина. Компромисс: + экономия энергии, — полная зависимость от хозяина.

Итак, адаптивный компромисс Расницына — это закон: невозможно выиграть везде и сразу. За каждую эволюционную «находку» организм платит чем-то другим. Давайте посмотрим на тренды, рождающиеся из этого вечного выбора.

Тренд 1. Рост многофункциональности. Вместо того чтобы создавать узких специалистов, эволюция часто шла по пути «универсального солдата», создавая органы, которые умеют делать многое, но ничего — идеально.

Наша рука — это гимн адаптивному компромиссу. Она проиграет в честном бою когтю тигра. Она уступает в скорости копыту лошади. Она не может сравниться в силе с лапой медведя. Но зато она способна делать то, на что не способна ни одна из них, — и сотни других дел в придачу. Она может наносить мощный удар и ласкать младенца, бросать копье и вдевать нитку в иголку.

Если бы мы могли измерить количество принципиально разных задач, выполняемых одним органом, мы бы увидели, что у плавника рыбы их 2—3 (грести, рулить), а у руки человека — практически бесконечное множество. Цена этой универсальности — потеря максимальной эффективности в каждой отдельной задаче.

Тренд 2. Поиск оптимального («проклятие великанов и лилипутов»). Размер тела — это вечный компромисс между «быть съеденным» и «найти достаточно еды». Быть большим — хорошо: тебя боятся хищники. Но плохо: тебе нужно очень много пищи, и ты заметен. Быть маленьким — хорошо: можно спрятаться и прокормиться крошками. Но плохо: тебя может съесть кто угодно.

Этот компромисс идеально виден на островах. Когда животные попадают на изолированный остров, с ними начинают происходить чудеса.

Крупные мельчают. На острове Врангеля жили карликовые мамонты ростом с корову. На островах Средиземноморья — карликовые слоны. Почему? На острове нет крупных хищников, и гигантский размер как защита становится ненужной роскошью. Зато еды мало, и огромная туша превращается в обузу. Эволюция смещает «бегунок» в сторону экономии.

Мелкие гигантеют. А вот грызуны на островах, наоборот, часто становятся гигантами (как гигантские крысы, жившие на Мадейре). Почему? С них снимается главный ограничитель — пресс хищников. Теперь можно стать больше, чтобы эффективнее конкурировать за ресурсы.

Регуляторный компромисс. А теперь давайте спустимся с уровня «пользователя» на уровень «программиста». Регуляторный компромисс — это компромисс не «железа», а «программного обеспечения». Это выбор, который стоит перед разработчиком игрового движка «Жизнь». Представьте, что вы пишете код для игры. Перед вами дилемма:

— Сделать код суперстабильным, без единой ошибки («бага»)? Тогда все персонажи в игре будут рождаться идеальными, точь-в-точь как задумано. Но в вашей игре никогда не появится ничего нового. Она будет идеальной, но мертвой, неспособной к обновлениям.

— Или сделать код слишком гибким и «дырявым», разрешив любые «баги»? Тогда игра станет хаосом. Большинство персонажей будут рождаться нежизнеспособными уродцами, а игра будет постоянно «вылетать».

Эволюция должна была найти гениальный баланс: создать «код жизни» (геном), который был бы достаточно надежным, чтобы организмы могли нормально развиваться, но достаточно пластичным, чтобы самые интересные «баги» (полезные мутации) могли иногда проскакивать и становиться крутыми «фичами» в следующем «патче».

Если Расницын говорил: «ничего не даётся бесплатно, за всё платишь», то Марков добавил: «а чем сложнее система, тем дороже её обслуживание». В процессе эволюции должен достигаться компромисс между требования адаптивности к внешней среде и целостности системы.

Представьте себе город. Вначале это маленькая деревня: несколько домов, один колодец, староста. Всё просто. Но вот город растёт: дороги, водопровод, электричество. Появляются школы, больницы, полиция. Теперь нужен целый штаб управленцев. Город стал сложнее — но и расходов на управление стало в разы больше.

Как можно реализовать компромисс между внешним давлением и внутренней целостностью?

— Формирование верхнеуровневых «менеджеров». Для управления деревней достаточно старосты, а города — уже нужен мэр.

— Увеличения независимости организма от внешних условий. К примеру, когда появились теплокровные, то функция поддержания оптимальной температуры перешла к организму. Уже не надо постоянно бегать как ящерица то на свет, то в тень по 55 раз на день, чтобы регулировать температуру. Теплокровные стали относительно независимы от температуры «за окном».

— Искусственно создать условия — свить гнездо, термитник, укрытия; преобразовать среду; мигрировать в другие места.

Усложнение системы ведет к конфликту, снятие которого возможно только путем дальнейшего усложнения. Так же в живых организмах. Чем они сложнее, тем больше энергии уходит не на мышцы или кости, а на «менеджеров» — системы контроля, связи и регулировки.

Наш мозг весит всего 2% от массы тела, но потребляет около 20% всей энергии организма. Это колоссально! Если бы ваш холодильник ел столько же, то пришлось ставить возле него отдельную электростанцию. Мозг дал нам язык, культуру и технологии. Но за него приходится платить огромными энергетическими затратами.

Муравьиная колония — это словно один большой организм, где муравьи — клетки. Координация достигается через химические сигналы — феромоны. Но чем больше колония, тем сложнее управление: тысячи запахов, маршрутов, ролей. Компромисс: + эффективность как суперорганизма, — гигантские расходы на «связь» и риск сбоев.

Иммунитет — как ультрасовременная сигнализация. Он распознаёт «своё» и «чужое», реагирует на бактерии, вирусы, раковые клетки. Но такая система может «сбиться» и начать атаковать собственные ткани. Это аутоиммунные болезни (например, диабет 1 типа, ревматоидный артрит). Компромисс: + защита, — риск ошибок и избыточных затрат энергии.

Как сделать код одновременно и стабильным, и гибким? Эволюция нашла несколько гениальных выходов.

Изобретение «резервного копирования». Дупликация генов. Она научилась создавать «резервные копии» важных участков кода.

Как это работает? Представьте, что у вас есть критически важный ген, отвечающий, например, за дыхание. Любой «баг» (ошибка) в нем — смертелен. Но если система создает его точную копию, то получается волшебство. Оригинал продолжает выполнять свою жизненно важную функцию, обеспечивая стабильность. А вот копия-дубликат освобождается от жесткого контроля! Она может свободно «баговать» (мутировать), не рискуя обрушить всю систему. Большинство этих «багов» будут бесполезны, но однажды один из них может оказаться гениальной «фичей».

К примеру, у наших далеких предков был всего один ген белка-опсина, позволявший видеть мир в оттенках сине-зеленого. Но в какой-то момент, около 30—40 миллионов лет назад, у предков обезьян Старого Света этот ген дуплицировался. Одна копия продолжила исправно работать в «зеленом» диапазоне, а вторая в результате мутаций немного изменилась и «научилась» реагировать на красный цвет. Так, благодаря «багу» в резервной копии, наши предки получили полноцветное зрение, которое позволяло им издалека замечать спелые фрукты на фоне зеленой листвы.