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

У сложных организмов геном буквально набит такими «копиями». Это наш эволюционный «полигон для испытаний», наша «песочница» для безопасных экспериментов с кодом.

Появление «главных рубильников». Второй способ решить дилемму стабильности и гибкости — создать в коде иерархию. Вместо того чтобы переписывать миллионы строк для каждого изменения, эволюция «изобрела» регуляторные гены — главные «рубильники», управляющие работой тысяч других генов.

Как это работает? Есть гены-«солдаты», которые кодируют белки (кирпичики). А есть гены-«генералы» (регуляторные гены), которые просто отдают приказы: «Включить здесь программу „Построй ногу“!», «А здесь — программу „Построй глаз“!». Небольшое изменение в «генерале» может кардинально изменить весь план «сражения», не меняя при этом ни одного «солдата».

Это звучит как фильм ужасов, но это классический лабораторный эксперимент. Ученые могут «сломать» один-единственный регуляторный ген у мушки-дрозофилы, и у нее вместо усиков на голове вырастут полноценные ноги. Это показывает, какой невероятной мощью обладают эти «рубильники». В реальной эволюции именно изменения в регуляторных генах привели к грандиозным «обновлениям»: появлению конечностей у рыб, возникновению сегментов у насекомых, формированию плана тела всех позвоночных. Это позволило создавать колоссальное разнообразие форм, не разрушая базовую стабильность «игрового движка».

Живой организм с точки зрения Маркова похож на смартфон. Чем больше приложений и функций, тем быстрее садится батарейка, тем чаще случаются глюки. Но мы всё равно не отказываемся от смартфона — его возможности окупают расходы. Так и с эволюцией.

Регуляторный компромисс показывает: рост сложности всегда оборачивается ростом затрат на контроль и управление. Соотношение регуляторных («генералов») и структурных («солдат») генов меняется. Чем сложнее организм, тем выше в его геноме доля «управляющего софта». Эволюция все больше переходила от прямого управления к иерархическому.

Итак, теперь мы видим более полную картину. Эволюция — это разработчик, который одновременно работает на двух уровнях. На уровне адаптивного компромисса она, как гейм-дизайнер, постоянно «балансирует» характеристики готовых персонажей, подгоняя их под меняющиеся правила игры. А на уровне регуляторного компромисса она, как гениальный программист, постоянно совершенствует сам «игровой движок», ища идеальный баланс между надежностью старой версии и возможностями для будущих обновлений.

Давайте представим эволюцию как гигантскую корпорацию «Жизнь Инкорпорейтед». У неё два главных бухгалтера:

— Расницын — суровый экономист. Он следит за балансом: «Добавил себе длинные ноги? Отлично, но теперь забудь о крыльях. Всё должно сходиться».

— Марков — главный айтишник и менеджер. Его заботит другое: «Хочешь сложную систему управления? Хорошо, но тогда плати за её обслуживание. И будь готов к сбоям».

Или другой пример. Представьте циркового артиста, который жонглирует.

— Расницын говорит: «Можешь взять ещё один мячик, но тогда руки будут заняты — потеряешь скорость».

— Марков добавляет: «А чем больше мячиков, тем сложнее их координировать, тем больше внимания и сил тратится на управление».

Оба правы. Но вместе они показывают главную суть: развитие жизни — это не прямой путь к «идеальности», а бесконечный поиск баланса между возможностями и ценой. Расницын смотрит на тело и функции. Марков — на системы управления этими функциями. Вместе их идеи объясняют, почему не все птицы летают, не все животные умные, и почему даже самые «совершенные» организмы, вроде человека, далеки от идеала.

Тренды. Если взглянуть на всю историю жизни с высоты Международной Космическй Станции (консервная банка, летящая на высоте около 400 км над Землей), то мы увидим не прямую дорогу, а извилистую реку. Эта река течёт миллиарды лет, делает повороты, петли, иногда даже заходит в тупик. Но общий рисунок всё равно проступает — это линии, повторяющиеся снова и снова.

Усложнение всегда идёт через жертвы. Каждый новый орган, каждый навык — это не бесплатный бонус, а результат компромисса. Рыбы, выбравшие скорость, потеряли броню. Птицы, сделавшие ставку на полёт, потеряли зубы. Мы, люди, получившие большой мозг, заплатили трудными родами и «дорогой» нервной системой.

Эволюция напоминает шахматную партию: фигуры двигаются вперёд, но всегда приходится чем-то жертвовать.

Рост мультифункциональности. Посмотрите на щенка, что он может делать передними лапами? Немного, из самого сложного — дать пятюню. А человек? По клавишам бить, на гитаре брынчать, крестиком вышивать.

Сложность = растущая цена управления. Живые системы как города. Чем больше они разрастаются, тем сложнее становится их координировать. Здесь проявляется регуляторный компромисс: развитие превращается в игру «а хватит ли сил управлять тем, что построено?».

Увеличение независимости от внешнего мира. Животные адаптируются под изменение погоды, ландшафта, других животных. Человек адаптирует под себя: строит дома, города, создает климатические пушки, травит сорняки и вредных жуков. Теперь мы можем сконцентрироваться на управлении и координацией внутреннего мира — психикой.

История жизни — это история бухгалтерии. Не в скучном смысле цифр, а в смысле вечного баланса. Именно эти два «закона бухгалтерии» объясняют, почему мир так разнообразен, почему нет «идеальных» существ, и почему у каждого организма — свои слабости и сила.

Эволюция как метафора планеты Земля

Давайте представим, что эволюция — это не битва и не соревнование, а медленное, величественное и порой катастрофическое развитие целой планеты. А все живые существа, от амебы до человека, — это не отдельные игроки, а элементы ее постоянно меняющегося ландшафта: горы, реки, леса и пустыни.

Этот ландшафт, эта поверхность (мир живых организмов), никогда не находится в покое. Она формируется в вечном диалоге двух могучих, противоборствующих сил.

Сила №1. Внешнее давление — молот космоса. Наша планета не летит в пустоте. На нее постоянно воздействует Космос. Это внешние силы, которые лепят и меняют ее поверхность. В нашей метафоре — это идеи Дарвина и Ламарка.

Астероиды и кометы (Дарвиновский отбор). Время от времени на Землю обрушиваются катастрофы. Падает гигантский астероид. Начинается ледниковый период. Эти события — безжалостный и слепой естественный отбор. Астероиду, упавшему 66 миллионов лет назад, было все равно, насколько «совершенными» были динозавры. Он просто изменил правила игры. В новом, холодном и темном мире гигантский размер и сила динозавров превратились из преимущества в смертельный недостаток. А крошечные, теплокровные, прячущиеся в норах млекопитающие, которые раньше были на задворках жизни, внезапно получили главный приз. Внешняя среда не создавала их, она лишь отсеяла тех, кто не вписался в новые условия. Это и есть молот Дарвина — безжалостное внешнее давление, которое формирует ландшафт путем уничтожения всего лишнего.

Солнце и Луна (Ламарковское влияние). Помимо катастроф, есть и постоянное, мягкое внешнее влияние. Солнце светит, и растения (элементы ландшафта) тянутся к нему, меняя свою форму. Луна создает приливы и отливы, и жизнь в прибрежной зоне вынуждена к этому напрямую приспосабливаться. Это идея Ламарка о прямом влиянии среды. Это тонкое, постоянное «гравитационное поле» среды, которое медленно, но верно формирует облик жизни.

Сила №2. Внутреннее давление — наковальня недр. Но поверхность Земли меняется не только под ударами из космоса. Главные силы скрыты в ее недрах. Это внутренние законы, которые толкают ее к изменениям изнутри. В нашей метафоре — это идеи Жоффруа и Берга.

Движение литосферных плит (Жоффруа и единый план строения). Под тонкой земной корой движутся гигантские плиты. Их движение создает горы, океаны, континенты. Но это движение подчиняется строгим внутренним законам геологии. Нельзя создать гору из воды или океан из гранита. Существуют фундаментальные «правила», которые определяют, какие ландшафты в принципе возможны. Это и есть «единый план строения» Жоффруа. У всех позвоночных есть позвоночник, череп и четыре конечности. Эволюция может превратить эти конечности в крылья, ласты или руки, но не может создать шестиногого коня. Она работает с тем «геологическим материалом» и по тем «тектоническим правилам», которые заложены в самой основе жизни.

Вулканы и гейзеры (Берг и закономерности развития). Время от времени внутренний огонь прорывается на поверхность. Извергаются вулканы, появляются новые острова, бьют гейзеры. Эти события непредсказуемы в конкретный момент, но они закономерны. Они — результат внутренних процессов, идущих в недрах. Это и есть номогенез Берга и случайные мутации в современной теории. Мутации — это «вулканические извержения» в геноме. Они псевдослучайны, подчиняются законам химии и физики. Мутации создают «новые острова» — новые признаки, новые возможности, которых раньше не было. Они — главный источник новизны, идущей изнутри.

Граница давления — биосфера (компромиссы Расницына и Маркова). Где же происходит эволюция живого? На поверхности: на тонкой земной коре, верхние слои океанов, в нижних слоях атмосферы — в местах, где встречаются молот космоса и наковальня недр. Эта биосфера является местом вечного компромисса. Идеи Расницына и Маркова идеально описывают законы жизни на этой границе.

Ландшафт как адаптивный компромисс (Расницын). Посмотрите на любой ландшафт. Он воплощение компромисса. Высокая гора — это крепость, защищенная от врагов, но на ее вершине холодно и нет еды. Плодородная долина у реки — это рай с изобилием пищи, но она беззащитна перед наводнениями. Нельзя быть одновременно и неприступной горой, и плодородной долиной. Точно так же устроен и любой организм. Рука человека — это гениальный компромисс между копытом для бега и когтем для убийства. Она не идеальна ни для того, ни для другого, но адаптивна.

Стабильность коры как регуляторный компромисс (Марков). А теперь представьте, что могло бы быть с нашей «корой».

— Сценарий 1. Кора как на Марсе. Если бы земная кора была слишком толстой, жесткой и стабильной, внутренний огонь никогда бы не прорывался наружу. Не было бы ни вулканов, ни гор. Планета была бы геологически мертвой. В мире жизни это соответствует слишком надежной системе развития, где нет места «багам» — мутациям. Такая система не способна к эволюции живого, она мертва.

— Сценарий 2. Кора как на спутнике Юпитера — Ио. Это самый вулканически активный объект в Солнечной системе. Вулканы извергаются с такой силой, что потоки лавы могут достигать высоты небоскрёбов, а серные пары выбрасываются на сотни километров в космос. Температура поверхности держится в среднем на уровне —163° C, но в местах извержений поднимается до +1227° C. Такой контраст делает климат Ио одним из самых экстремальных в Солнечной системе. Если бы кора Земли была такой же слишком тонкой, она бы не выдерживала давления изнутри. Вся поверхность была бы покрыта вечно извергающимися вулканами. Хаос. Ничего стабильного не могло бы сформироваться. В мире жизни это соответствует слишком «дырявой» системе развития, которая производит в основном нежизнеспособных мутантов.

Земля — идеальный баланс. Наша земная кора — это гениальный компромисс. Она достаточно стабильна, чтобы на ней могли существовать континенты и океаны, но и достаточно пластична, чтобы тектонические процессы и вулканы могли создавать новые формы рельефа. Это регуляторный компромисс — система развития живых организмов достаточно надежна, чтобы производить здоровое потомство, но достаточно гибка, чтобы допускать редкие полезные мутации, двигающие эволюцию вперед.

Итак, теперь мы видим более полную картину. Эволюция — это не просто одна сила, а грандиозный, вечный диалог. Это и есть эта тонкая, вибрирующая, живая земная кора, рожденная в вечном споре и сотрудничестве между безжалостным холодом космоса и неукротимым жаром недр.

Каждый из нас, со своим уникальным окружением (наковальня) и неповторимой историей жизни (молот), — это крошечный элемент вечно меняющегося ландшафта. И осознание масштабов сопричастности к грандиозному «геологическому» процессу под названием Жизнь, лично меня чарует.

Послесловие

Мы собрали множество удивительных фактов, разобрали несколько мощных теорий, и, возможно, у вас сложилось ощущение, что теперь мы знаем, «как все работает». Но я скажу кое-что очень важное: современная биология — это даже не лоскутное одеяло, скорее, это стремительно растущий ворох лоскутков. В этом ворохе будущее «одеяло» только начинает угадываться — да и то никогда не знаешь наперед, что угадалось правильно, а что потом придется перешивать.

Научные теории очень похожи на сбор огромного, бесконечного паззла. Когда-то давно, великие умы (такие как Ламарк, Жоффруа, Берг) находили свои первые, уникальные элементы паззла и пытались собрать из них цельную картину. Их «карты» были неполными, но они первыми увидели, что на столе лежит не просто хаос, а что-то, что можно собрать.

Затем пришел Дарвин и принес нам, казалось бы, самый большой и универсальный кусок паззла — естественный отбор. Он идеально подходил к множеству других деталей, и на его основе была собрана огромная часть картины. Долгое время казалось, что это и есть весь паззл.

Но наука не стоит на месте. Порою находятся новые элементы паззла (новые факты), которые пытаются встроить в общую картину. Когда были открыты гены, ДНК, когда появились эпигенетика (оказалось, что «призрак Ламарка» не совсем призрак!) и Эво-Дево19 (подтвердившие правоту Жоффруа и Берга о внутренних ограничениях), мы вдруг поняли: наш паззл гораздо сложнее, чем думали. Некоторые уже собранные части пришлось разбирать и пересобирать, потому что новые кусочки не подходили, а старые идеально вставали на другие места.

А совсем редко возникают ситуации, когда паззл, казалось бы, собран, он прекрасно работает, но затем вдруг выясняется, что он сам оказывается частью какого-то еще более большого паззла. Помните, как физика Ньютона с ее четкими законами и предсказуемым миром казалась завершенной?

В конце XIX века, примерно в 1890—х годах, физика как наука достигла значительных успехов. Классическая механика Ньютона, электродинамика Максвелла и термодинамика описывали большинство наблюдаемых явлений. Мир казался почти полностью разгаданным, словно сложный, но уже решённый механизм. В университетских аудиториях и научных обществах витало ощущение завершённости, будто природа раскрыла свои главные тайны. Именно в это время, около 1900 года, по легенде, лорд Кельвин, выступая перед Королевским институтом, произнёс слова, которые позже станут символом научной самоуверенности:

«В физике больше нечего открывать. Осталось лишь всё точнее измерять». По одной из версий, он даже посоветовал молодому студенту не тратить жизнь на физику — дескать, всё уже известно, и лучше заняться прикладными науками, где ещё остались нерешённые задачи.

Но в это же самое время, словно из глубин самой природы, уже начали подниматься волны, взорвущие вскоре научный мир.

Появились общая теория относительности и квантовая механика.

Так началась новая эра в физике, которая продлилась до 1970х годов. С тех пор (уже около 50 лет!) физика находится в относительной стагнации.

Эйнштейн показал, что вся физика Ньютона — это лишь частный случай гораздо более грандиозной и сложной картины. Так и с эволюцией. Наши нынешние теории — это блестяще собранный паззл, который отлично объясняет, как жизнь пришла к своему разнообразию. Но что, если наш «паззл» сам окажется лишь деталью в гораздо большей картине? Что, если все эти компромиссы, эти взаимодействия внешних и внутренних сил — это лишь проявления еще более глубоких, космических законов, о которых мы пока даже не догадываемся?

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

Примечания

1

Молекулы глицина в межзвёздной среде потенциально способны объединяться в дипептиды с образованием воды.

2

Состав атмосферы обсуждается. На данный момент считается, что он был менее восстановителен.

3

Last Universal Common Ancestor — последний универсальный общий предок

4

С моей точки зрения разум — это способность к самоорганизации и саморегуляции. Разум есть у всех живых существ с нервной системой. Но я не берусь утверждать, что у растений и грибов нет его, они вполне способны к самоорганизации и саморегуляции.

5

То есть разум имеет большее отношение к умению решать задачи, чем к наличию/отсутствию мозга.

6

Я определяю интеллект как способность видеть тонкости: схожести и различия восприятия. По Уильяму Джеймсу — это умение искать обходные пути. Я отношу это определение к понятию разум.

7

Поэтому лучший вариант исследовать мир, развиваться — играть в него до самой старости по заветам Вадима Демчог.

8

Под вопросом, ассоциативное обучение возможно.

9

Pseudomonas fluorescens из группы гамма-протеобактерий

10

Возможно, за критерий существования ассиметричного поглощения можно использовать наличие или отсутствие горизонтального обмена генами

11

У некоторых медуз есть утолщения или скопление нейронов в щупальцах

12

От идеи «триединого мозга» перешли к эволюционной нейробиологии, в которой структуры мозга не наслаиваются, а развиваются из общих зачатков и усложняются параллельно у разных ветвей позвоночных. То есть развивается не слоями, а скорее разветвляется как дерево из единых источников.

13

Человек, сжигая уголь, снова возвращает этот «потерянный» углерод в биосферу и делает его доступным для организмов.

14

но у ряда насекомых есть активная забота

15

Сиблинги в англоязычной литературе.

16

Аналогичных исследований последствий блокад Ленинграда и Сталинграда нет

17

Это не биологическая, а социальная наследственность. Но в широком смысле — это прямое воплощение идеи Ламарка: «нажившееся» в жизни становится частью наследия.

18

В части «внутренней тяги к совершенству»

19

Эволюционная биология развития