Готовый перевод Climbing Mount Improbable / Поднимаясь на пик невероятного: CHAPTER 6 The Museum of All Shells./ ГЛАВА 6 Музей всех раковин.

ГЛАВА 6
Музей всех раковин.

ЕСТЕСТВЕННЫЙ ОТБОР - ЭТО ДАВЛЕНИЕ, ВЕДУЩЕЕ эволюцию вверх по склонам Горы Невероятного.

Давление на самом деле довольно хорошая метафора.

Мы говорим "давление отбора", и вы почти чувствуете, как оно подталкивает видык к эволюции, толкая их вверх по склонам горы.

Хищники, говорим мы, обеспечивают давление отбора, которое вынуждает антилоп развивать их быстрые ноги.

Даже в эту минуту мы помним, что это в действительности означает: гены коротких ног, скорее всего, окажутся в желудках хищников, и поэтому мир становится менее полон ими.

'Давление' разборчивых самок стимулировало развитие роскошных перьев самцов фазанов.

Это означает, что ген красивых перьев с гораздо большей вероятностью приведет сперматозоид в тело самки.

Но мы представляем себе это как "давление", ведущее самцов ко все большей красоте.

Несомненно, хищники оказывают давление отбора в обратном направлении, к более тусклому оперению, поскольку яркие самцы, предположительно, привлекают внимание хищников, так же как и самок.

Без давления хищников самцы были бы еще ярче и экстравагантнее под давлением самок.

Таким образом, давление отбора может толкать в противоположных направлениях, или в одном направлении, или даже (математики могут найти способ это наглядно представить) под любыми другими "углами" по отношению друг к другу.

Кроме того, давление отбора может быть "сильным" или "слабым", и обыденное значение этих слов неплохо подходит.

На особый путь на Гору Невероятного, которым будет идти родословная линия, влияет множество разный давлений отбора, толкающих и тянущих в разных направлениях и с разной силой, иногда помогающих друг другу, иногда проитводействующих.

Но давление - не конец истории.

Выбор пути на Гору Невероятного также зависит от формы склонов.

Есть давления отбора, толкающие и тянущие во множестве направлений и с разной силой, но также есть линии наименьших сопротивлений и непреодолимые пропасти.

Давление отбора может толкать со всей силы в определенном направлении, но если это направление преграждает непреодолимый обрыв, это закончится ничем.

Естественный отбор должен иметь выбор.

Давление отбора, несмотря на силу, не может ничего сделать без генетических вариаций.

Сказать, что хищники оказывают давление отбора в пользу быстроногих антилоп, все равно что сказать, что хищники едят самых медленных антилоп.

Но если нет выбора между генами быстрых и медленных антилоп - то есть, если разница в скорости бега полностью определяется окружающими условиями - никакая эволюционная деятельность не даст результата.

В направлении повышения скорости, Гора Невероятного могла бы не предоставить склона для восхождения.

Теперь мы подходим к по-настоящему сомнительному вопросу и к многообразию мнений среди биологов.

С одного края те, кто полагает, что мы можем рассчитывать на генетические вариации более или менее твердо.

Если давление отбора существует, считают они, всегда будет достаточно генетических вариаций для его обеспечения.

Траектория родословной линии в эволюционном пространстве будет практически определяться одной лишь борьбой среди давлений отбора.

С другого края те, кто считает, что доступные генетические вариации - важный фактор, определяющий направление эволюции.

Некоторые даже зашли настолько далеко, что отводят естественному отбору второстепенную, вспомогательную роль.

Чтобы изобразить наших двух биологов в виде карикатуры, мы можем представить, что они спорят, почему у свиней нет крыльев.

Крайний селекционист говорит, что у свиней нет крыльев, потому что обладание ими не принесло бы им преимущества.

Крайний антиселекционист говорит, что свиньи могли бы получить пользу от обладания крыльями, но у них не может быть крыльев, потому что никогда не было мутантных обрубков, над которыми мог бы поработать естественный отбор.

Разногласия могут быть более изощренными, и Гора Невероятного, даже в своей многопиковой версии - не достаточно сильная метафора, чтобы их рассмотреть.

Нам нужна новая метафора, использующая мысленные образы, присущие математикам, хотя мы не должны применять явные математические символы.

Она предъявляет нам больше требований, чем Гора Невероятного, но она того стоит.

В "Слепом часовщике" я сделал краткий экскурс в то, что я по-разному называл "генетическим пространством", "страной биоморфов" и "прокладыванием пути по гиперпространству жизни".

Позже философ Дэниел Деннет проник дальше в это неизведанную страну, которую, благодаря аллюзии с "Вавилонской библиотекой" Борхеса, он назвал "библиотекой Менделя".

Моя версия в этой главе представляет собой гигантский музей зоологической фантазии.

Представьте себе музей с галереями, тянущимися до горизонта во всех направлениях, а также, насколько может видеть глаз, вверх и вниз.

В этом музее хранятся все когда-либо существовавшие формы жизни, и все, какие можно себе представить.

Каждое животное помещено по соседству с тем, которое оно больше всего напоминает.

Каждое измерение музея - то есть, каждое направление, вдоль которого протянулась галерея - соответствует одному измерению, в котором изменяются стоящие на постаментах животные.

Например, когда вы идете на север по определенной галерее, вы замечаете постепенное увеличение длины рогов экземпляров в выставочных помещениях.

Поворачиваете назад и идете на юг, и рога укорачиваются.

Поворачиваете и идете на восток, и рога остаются такими же, но изменяется что-то еще, скажем, зубы становятся острее.

Идете на запад, и зубы становятся тупее.

Поскольку длина рогов и острота зубов - лишь два из тысяч направлений, по которым могут изменяться животные, галереи должны пересекать друг друга в многомерном пространстве, а не просто в обычном трехмерном пространстве, которое мы, с нашим ограниченным разумом, способны мысленно себе представить.

Именно это я имел в виду, когда говорил, что мы должны научиться мыслить как математики.

Что означало бы, мыслить в четырех измерениях?

Предположим, что мы имеем дело с антилопами, и мы измеряем четыре переменные: длину рогов, остроту зубов, длину кишечника и длину шерсти.

Если бы мы не принимали в расчет одно из этих измерений, скажем, длину шерсти, мы могли бы поместить любую из наших антилоп на ее законное место в трехмерном графике - кубе - оставшихся переменных, длины рогов, остроты зубов и длины кишечника.

Как нам теперь ввести четвертое измерение, длину шерсти?

Мы делаем все это кубическое упражнение отдельно для всех антилоп с короткой шерстью, затем мы строим другой куб, для всех антилоп с более длинной шерстью, и так далее.

Любая данная антилопа будет помещена в тот куб, который соответствует ее длине шерсти, а затем, внутри этого куба, на ее законное место, определяемое ее рогами, зубами и кишечником.

Длина шерсти - это четвертое измерение.

В принципе, вы можете продолжать строить семейства кубов, и кубов кубов, и кубов кубов кубов, пока не разместите животных в аналоге многомерного пространства.

Чтобы получить некоторое понятие о том, что нам следует представлять, когда мы думаем о Музее всех возможных животных, в этой главе мы будем иметь дело с частным случаем, который может, более или менее, быть ограничен тремя измерениями.

В следующей главе я вернусь к спору, с которого начинается эта глава, и постараюсь сделать конструктивные авансы другой стороне (ибо я ее известный приверженец).

Трехмерный частный случай этой главы - это раковины улитки и другие спиральные раковины.

Причина, по которой галереи раковин могут быть ограничены тремя измерениями, в том, что большинство важных вариаций среди раковин могут быть выражены как изменения лишь трех чисел.

В дальнейшем я буду следовать по стопам Дэвида Раупа, выдающегося палеонтолога из Чикагского университета.

Раупа, в свою очередь, вдохновил прославленный д'Арси Вентворт Томпсон из старинного и знаменитого Сент-Андрусского университета в Шотландии, чья книга "On Growth and Form" (впервые опубликованная в 1919 году) оказывала устойчивое (а то и всецело доминирующее) вляние на зоогогов в течение большей части двадцатого века.

Маленькой трагедией биологии была смерть д'Арси Томпсона перед самым началом компьютерной эры, поскольку почти каждая страница его великой книги молила о компьютере.

Рауп написал программу, генерирующую форму раковины, и я написал похожую программу для иллюстрации этой главы, хотя - как можно было бы ожидать - я включил ее в программу искусственного отбора в стиле "Слепого часовщика".

Раковины улиток и других моллюсков, а также раковины животных, называемых плеченогими, которые не связаны с моллюсками, но поверхностно их напоминают, все растут некоторым образом, отлично от того, как растем мы.

Мы начинаем маленькими и растем всем телом (некоторые части растут быстрее других).

Вы не можете взять человека и вырезать его часть, чтобы она была его младенцем.

С раковиной моллюска вы можете сделать именно так.

Раковина моллюска начинает маленькой и растет по краю, поэтому самая внутренняя часть взрослой спирали является раковиной детеныша.

Каждое животное неосит с собой свою собственную младенческую форму в виде самой узкой части своей раковины.

Раковина наутилуса (уже упоминавшегося в связи с его диафрагмальным глазом) разделена на наполненные воздухом плавучие полости,

все, кроме наибольшей и самой последней из построенных полостей на растущем крае, в которой в любое время живет само животное (Рисунок 6.1).

Благодаря своей системе развития от края, все раковины имеют одну и ту же общую форму.

Это трехмерная версия так называемой логарифмической или изогональной спирали.

Логарифмическая спираль отличается от архимедовой, представляющей собой то, что производит моряк, сворачивая на палубе веревку.

Не имеет значения, сколько витков веревки сделано, каждый последующий виток имеет одинаковую ширину - одну толщину веревки.

В отличие от этого, логарифмическая спираль расширяется по мере раскручивания от центра.

Различные спирали расширяются с различной скоростью, но это всегда определенная скорость для любой определенной спирали.

На рисунке 6.2 показаны, помимо архимедовой спирали намотанной веревки, две логарифмические спирали с различной скоростью расширения.

Раковина растет не как линия, а как трубка.

Поперечное сечение трубки не круглое, как у французского рожка, но, именно на данный момент, мы допускаем, что это так.

Мы также допускаем, что нарисованная спираль представляет наружный край трубки.

Случается, что диаметр трубки увеличивается именно с такой скоростью, чтобы удерживать внутренний край вплотную к предыдущему витку спирали, как на Рисунке 6.3а.

Но не обязательно.

Если диаметр трубки увеличивается медленнее, чем наружный край спирали, между последовательными витками будет оставаться зазор возрастающего размера, как на Рисунке 6.3b.

Чем больше зазоры раковины, тем больше она, по-видимому, подходит для червя, а не для улитки.

Рауп описывал спирали раковин, используя три числа, которые он называл W, D и T.

Я надеюсь, будет не слишком странно, если я переименую их в flare, verm и spire

Так легче запомнить, что есть что, чем в случае математических литер.

Flare - это мера скорости расширения спирали.

Если flare равна 2, это значит, что для любого полного оборота вокруг спирали, спираль расширяется вдвое по отношению к ее прежнему размеру.

Это верно для Рисунка 6.2b.

При каждом обороте на Рисунке 6.2b ширина спирали удваивается.

На Рисунке 6.2с, представляющем гораздо более открытую раковину, flare равна 10.

Для каждого оборота вокруг этой спирали ширина увеличилась бы в 10 раз (хотя на практике спираль подходит к концу скорее, чем успеет завершить полный оборот).

Нечто напоминающее раковину двустворчатого моллюска, которая расширяется настолько быстро, что вы даже не подумаете, что она свернута спиралью, имеет величину flare свыше тысячи.

Описывая flare, я следил за тем, чтобы не сказать, что она определяет скорость увеличения диаметра трубки.

Здесь пригодится вторая величина, verm.

Нам необходима verm, потому что трубка не обязана плотно заполнять пространство, предоставляемое расширяющейся спиралью.

Раковина может иметь зазоры, как на Рисунке 6.3b.

Verm получила свое название от "vermiform" (червеобразный), что означает "имеющий форму червя".

Рисунок 6.3а и Рисунок 6.3b имеет одинаковое значение flare (2), но на Рисунке 6.3b больше значение verm (0,7), чем 0,5 на Рисунке 6.3а.

Verm 0.7 означает, что расстояние от центра спирали до внутреннего края трубки составляет 70 процентов расстояния от центра спирали до наружного края трубки.

Не имеет значения, какую часть трубки вы используете, чтобы сделать измерение, значение verm одно и то же (логически это не должно быть так, но, похоже, зачастую это так в реальной раковине, и мы должны исходить из этого, если не сделано специальной оговорки).

Вы можете легко понять, что очень большая verm, вроде 0,99, делает трубку очень тонкой, нитевидной,

потому что внутренний край трубки составляет 99 процентов от расстояния до ее наружного края.

Какое необходимо значение verm, чтобы обеспечить плотно заполнение, как на Рисунке 6.3а?

Это зависит от flare.

Точнее, критическое значение verm для аккуратного заполнения является в точности обратной величиной значения flare (то есть, единицей, деленной на flare).

Flare равна 2 в обоих частях Рисунка 6.3, поэтому критическая verm для аккуратного заполнения будет равна 0,5, и именно это представлено на Рисунке 6.3а.

На Рисунке 6.3b verm больше "критического аккуратного" значения, вот почему в раковине появились зазоры.

Если взять раковину, как на Рисунке 6.2с, со значением flare равным 10, критическое аккуратное значение verm будет 0,1.

Что, если величина verm будет меньше, чем критическое аккуратное значение?

Могли бы мы представить себе трубку столь толстую, что она выходит за пределы аккуратного заполнения, и фактически вторгается в зону предыдущего витка

- например, такую спираль, как на Рисунке 6,3, но со значением verm, скажем, 0,4?

Есть два способа, которыми можно разрешить это противоречие.

Один - просто позволить трубке включать в себя более ранние витки.

Так делает наутилус.

Это значит, что форма пересечения соответствующих трубок может быть уже не ровным кругом, а иметь "откушенную часть", нарушающую его.

Но это не беда, потому что, как вы помните, мы лишь произвольно допустили, что трубка в любом случае имеет круглое сечение.

Многие моллюски счастливо живут в трубках далеко не круглого сечения, и мы дойдем до них.

В некоторых случаях лучший способ предоставить место предыдущему витку трубки - это придать пересечению трубок некруглую форму.

Другой способ устранить возможное вторжение предыдущих витков трубки - это выйти из плоскости.

Это подводит нас к третьей характеристике нашей раковины, spire.

Представьте себе расширяющуюся спираль, которая при своем расширении движется в боковом направлении, создавая коническую форму, вроде шпиля.

Третья характеристика раковины, spire - это скорость, с которой следующие друг за другом витки спирали ползут вдоль длины конуса.

У наутилуса значение spire оказалось равно 0: все его следующие друг за другом витки лежат в одной плоскости.

Итак, у нас есть три характеристики раковины, flare, verm и spire (Рисунок 6.4).

Если не принимать в расчет одну из них, скажем spire, мы можем построить график двух других на плоском листе бумаги.

Любая точка графика обладает уникальной комбинацией значений flare и verm, и мы можем запрограммировать компьютер рисовать в этой точке раковину, которая была бы создана.

На Рисунке 6.5 показано двадцать пять точек на графике, расположенных с равными интервалами.

Если двигаться на графике слева направо, компьютерные раковины становятся все более "червеобразными" по мере увеличения verm.

Если двигаться сверху вниз, и увеличивается flare, спирали становятся все более развернутыми, пока не перестанут быть похожими на спирали вообще.

Чтобы получить хорошее увеличение flare, когда мы движемся вниз, flare должна увеличиваться логарифмически.

Это значит, что каждому равному шагу вниз страницы соответствует умножене на некоторое число (в данном случае 10), а не добавление числа при каждом шаге, как на нормальном графике и как на последовательности значений verm вдоль страницы.

Это необходимо, чтобы разместить такие раковины, как у двустворчатых моллюсков в нижнем левом углу рисунка (у которых значение flare оценивается тысячами, и небольшие изменения не оказывают большого влияния), на одном графике с аммонитами и улитками (у которых значение flare обычно оценивается низкими, однозначными числами, и где небольшие изменения оказывают большое влияние).

В разных областях графика вы можете видеть формы, напоминающие аммонитов, наутилусов, двустворчатых моллюсков, бараньи рога и трубчатых червей, и я сделал подписи проиблизительно в соответствующих местах.

Моя компьютерная программа может рисовать раковины в двух ракурсах.

На Рисунке 6.5 показан один из них, акцентирующий внимание на форме самой спирали.

На Рисунке 6.6 показан другой ракурс, "рентгенограмма" поперечного сечения, дающая трехмерное представление о форме раковин.

Рисунок 6.7 - фактически рентгеновская фотография реальных раковин, объясняющая сущность этого ракурса.

Четыре раковины на Рисунке 6.6 - это компьютерные раковины, выбранные, как и реальные раковины на Рисунке 6.4, чтобы проиллюстрировать разные значения flare, verm и spire.

Конечно, кто-то мог бы также графически представить verm в зависимости от spire, но я не буду на это тратить место.

Вместо этого, я перейду прямо к знаменитому кубу Раупа (Рисунок 6.9).

Поскольку, чтобы охарактеризовать раковину, достаточно трех чисел (если оставить в стороне вопрос о форме поперечного сечения трубки), вы можете поместить каждую раковину в ее собственное уникальное место в трехмерной коробке.

Музей возможных раковин, в отличие, скажем, от Музея возможных тазовых костей - это простое многоэтажное здание.

Одно измерение соответствует любой из трех характеристик раковины.

Перенесемся в Музей возможных раковин и пойдем, скажем, на север, которым мы обозначим измерение verm.

По мере продвижения вдоль галереи, раковины, мимо которых вы проходите, становятся все более "червеобразными", тогда как все остальное остается неизменным.

Если в любой точке вы повернете налево и пойдете на запад, у раковин, мимо которых вы проходите, будет постоянно увеличиваться значение spire, они будут становиться более конусообразными, тогда как все другие параметры останутся неизменными.

Наконец, если в любой точке вы прекратите двигаться на запад/восток или север/юг, и вместо этого будете подниматься прямо наверх - измерение flare - вы встретите раковины, разворачивающиеся с постоянно растущей скоростью.

Вы можете добраться от любой из раковин до любой другой, продвигаясь через куб под соответствующим углом, и на пути вы пройдете непрерывную серию промежуточных раковин.

Рисунки 6.5 и 6.8 могут считаться двумя внешними сторонами куба Раупа.

На двумерной бумаге мы могли печатать любой срез, под любым особым углом, через куб.

Рауп написал оригинальную компьютерную программу, которая является источником вдохновения для меня.

В его опубликованной диаграмме, вместо того, чтобы попробовать выполнить непрактичную задачу рисования всех раковин в кубе, Рауп сделал выборку определенных точек.

Изображения вокруг грани на Рисунке 6.9 представляют теоретические раковины, которые вы обнаружили бы в обозначенных точках пространства.

Некотрые из них похожи на настоящие раковины, которые можно найти на берегу.

Другие не похожи ни на что на земле, но они все же имеют свое место в пространстве всех исчислимых раковин.

Рауп заштриховывал на своем рисунке те участки пространства, где должны быть найдены настоящие раковины.

Аммониты, эти некогда вездесущие родственники наутилусов, которые, похоже, нашли свой печальный конец (каким бы он ни был), как динозавры, сворачивали раковины спиралью, но, в отличие от улиток, их витки были почти всегда ограничены одной плоскостью.

Значение spire было равно 0.

По крайней мере, это верно для типичных аммонитов.

Вместе с тем отрадно, что у некоторых из них, таких как род Turrilites из мелового периода, эволюционировало высокое значение spire, таким образом была независимо изобретена форма улитки.

Кроме таких необычных форм, аммониты разместились вдоль восточной стены Музея раковин (такие названия как "восточная" и "южная", конечно, являются произвольными обозначениями на диаграмме).

Ячейки типичных аммонитов занимают не более чем южную половину восточной стены, и лишь несколько верхних этажей.

Улитки и их разновидности перекрываются с Корридором аммонитов, но они также распространены далеко на запад (измерение spire) и проникли немного дальше вниз на нижние этажи многоэтажного здания.

Но большинство нижних этажей - с высоким показателем flare, где раковины раскручиваются быстро - принадлежит двум большим группам животных с двойной раковиной.

Двустворчатые моллюски протянулись немного к западу - они чуть извиты, как улитки, но их трубки раскручиваются настолько быстро, что они не похожи на улиток.

Брахиоподы или плеченогие, которые, как мы видели, не являются моллюсками вообще, но поверхностно напоминают двустворчатых моллюсков, разделяют с аммонитами витки, полностью расположенные в одной плоскости.

Как и двустворки моллюсков, трубки плеченогих обычно расширяются, раскрываясь полностью до того, как они успевают построить настоящий виток.

Любая отдельная эволюционная история представляет собой траекторию через Музей всех возможных раковин, и я представил это вставкой моей компьютерной процедуры, рисующей раковины, в большую программу искусственного отбора "Слепой часовщик".

Я просто удалил эмбриологию, выращивающую деревья, из программы "Слепой часовщик" и вставил на ее место эмбриологию, выращивающую раковины.

Компьютерная программа называется "Слепой создатель улиток".

Мутация эквивалентна небольшому перемещению в музее - вспомните, что раковины окружены наиболее схожими с ними соседями.

В программе каждая из трех характеристик дерева раковин представлена одним локусом гена, чье численное значение может меняться.

Таким образом, мы имеем три класса мутаций, небольшие изменения flare, небольшие изменения verm и небольшие изменения spire.

Эти мутационные изменения могут быть положительными или отрицательными, в определенных пределах.

Ген flare имеет минимальное значение 1 (меньшее значение указывало бы, что идет процесс сжатия, а не роста) и неопределенное максимальное значение.

Значение гена verm - это относительное число, варьирующее от 0 до чуть менее 1 (verm равное 1 указывало бы, что трубка настолько тонкая и червеобразная, что не существует.

Spire не ограничено: отрицательное значение просто означает раковину, перевернутую вверх тормашками.

Вслед за оригинальной программой "Слепой часовщик", в "Слепом создателе улиток" посередине компьютерного экрана показана родительская раковина, окруженная выводком бесполых потомков - ее произвольно мутировавшими ближайшими соседями по Музею всех раковин.

Человек кликает мышкой, выбирая одну из раковин для разведения.

Она скользит на место родителя в центре, и экран заполняет выводок ее потомков.

Процесс повторяется, пока хватит терпения у выбирающего человека.

Вы чувствуете себя медленно ползущим через Музей всех возможных раковин.

Иногда вы идете среди хорошо знакомых раковин, которые вы могли бы подобрать на любом берегу.

Временами вы блуждаете за границами реальности, в математическом пространстве, где никаких реальных раковин никогда не существовало.

Я ранее объяснял, что, хотя множество всех возможных раковин можно в основном описать лишь тремя числами, это содержит в себе упрощающее допущение, которое неверно: допущение, что поперечное сечение трубки всегда круглое.

Похоже, как правило верно, что, когда трубка расширяется, ее форма остается неизменной, но вовсе не верно, что эта форма всегда круглая.

Она может быть овальной, и моя компьютерная модель вводит четвертый "ген", называемый shape, значение которого равно высоте овальной трубки, деленной на ширину.

Круг - это особый случай, когда shape равно 1.

Добавление этого гена придает модели удивительную способность изображать реальные раковины.

Но этого все еще не достаточно.

Многие реальные раковины имеют ряд более сложных форм поперечного сечения, не круглых и не овальных, которые не поддаются простому математическому описанию.

На Рисунке 6.10 изображен ряд раковин, которые, как и взятые из различных частей кубического музея, также имеют сложные, не круглые поперечные сечения их базовой трубки.

В моей программе "Слепой создатель раковин" это изменение внесено с помощью грубого приема предоставления набора предварительно нарисованных контуров поперечных сечений.

Каждый из этих контуров затем преобразуется (сплющивается по вертикали или горизонтали) согласно текущему (и изменчивому) значению shape гена.

Затем программа генерирует трубку из эитого преобразованного контура, выгибая ее по кругу точно так же, как если бы это была круглая трубка.

Лучший способ разрешить эту проблему - которым я, возможно, однажды попытаюсь воспользоваться - запрограммировать компьютер моделировать настоящий процесс роста, отличающийся вокруг передего края трубки, и таким обазом формирующий витиеватое поперечное сечение.

Все же, как бы то ни было, Рисунок 6.11 представляет собой "зоопарк" компьютерных раковин, созданных имеющейся программой,

хотя искусственный отбор использует человеческий глаз.

Они были выведены на схожесть с известными раковинами, некоторые из них приблизительно похожи на раковины Рисунка 6.10, некоторые на другие раковины, которые можно найти на берегу или при нырянии.

Форма поперечного сечения трубки может рассматриваться как дополнительное измерение (или ряд измерений) в Музее всех раковин.

Не принимая это в расчет, и возвращаясь к нашему упрощающему допущению о круглом поперечном сечении, одним из красивых свойств раковин является то, что их легко поместить в Музей всех возможных раковин, который мы можем фактически изобразить в трех измерениях.

Но это не означает, что все части теоретического музея встречаются в реальной жизни.

В реальной жизни, как мы видели, большая часть многоэтажного здания музея пустует.

Рауп заштриховал заселенные районы (Рисунок 6.9), и они составили менее половины объема куба.

Протянувшись далеко на север и запад, галеря за галереей вмещают гипотетические раковины, которые могли бы существовать согласно математической модели, но которых на самом деле никогда не видели на нашей планете.

Почему?

И почему, раз мы задаем такой вопрос, раковины, которые действительно существуют, ограничены этим особым кубическим зданием вообще?

На что могли бы быть похожи раковины, если бы они не вписывались в математическое многоэтажное здание?

На рисунке 6.12 показаны такие раковины, сгенерированные компьютером.

Вместо того, чтобы быть постоянным, значение spire меняется по мере их старения.

Более молодые, более широкие части раковины растут с меньшим значением spire, чем развившиеся ранее, более узкие части.

Вот почему вся раковина имеет такую "неестественную" и, по-видимому, легко повреждаемую остроконечную верхушку.

Эта раковина гипотетическая.

Она существует только в компьютере.

Компьютерная "коническая" раковина на Рисунке 6.12b также имеет неестественно остроконечную верхушку.

Она тоже была нарисована программой "Слепой создатель раковин", но со значением spire, запрограммированным уменьшаться, а не оставаться постоянным по мере развития.

Раковины на Рисунке 6.13 реальные, и я предполагаю, что spire у них также плавно менялось, что означает, что в начале жизни у них было высокое значение spire, и оно постепенно уменьшалось по мере старения.

По мнению Раупа, были некоторые реальные аммониты, которые изменяли значения характеристик своих раковин по ходу старения.

Вы могли бы сказать, что, становясь старше, эти необычные раковины движутся из одной части музея в другую, и что они все еще остаются внутри музея.

Но это все равно что сказать, что, поскольку юное тело является частью взрослого, нет ни одной комнаты музея, где можно разместить все тело.

Люди могли бы расходиться во мнениях по вопросу о том, должны ли животные на Рисунке 6.13 считаться ограниченными тремя измерениями здания.

Гират Вермей, один из ведущих современных экспертов по зоологии животных, имеющих раковину, полагает, что тенденция изменять числовые характеристики по мере старения животного может быть скорее нормой, чем исключением.

Другими словами, он считает, что большинство моллюсков, вырастая, хоть немного меняют свое положение в математическом музее.

Давайте обратимся к противоположному вопросу, почему большие области музея не заняты реальными раковинами.

На Рисунке 6.14 показаны образцы сгенерированных компьютером раковин из глубины "запретных" районов музея.

Некоторые из них могли бы хорошо смотреться на голове антилопы или бизона, но как раковины моллюсков они никогда не видели свет.

Вопрос, почему нет таких раковин, приводит нас прямо назад к спору, с которого мы начинали.

Ограничена ли эволюция отсутствием доступных вариаций или естественный отбор даже не "хочет" посещать определенные области музея?

Сам Рауп объяснял пустые области - незаштрихованные зоны куба - с точки зрения селекциониста.

Нет давления отбора на моллюска, чтобы двигаться в области, представленные пробелами.

Или, иначе говоря, раковины с такими теоретически возможными формами были бы на практике неподходящими для жизни: возможно, слабыми и легко раздавливаемыми; или уязвимыми иным образом; или неэкономно использующими материал раковины.

Другие биологи считают, что мутации, которые были необходимы для перемещения в эти области музея, просто никогда не имелись в наличии.

Другой способ выразить этот взгляд - сказать, что многоэтажное здание возможных раковин, которое мы нарисовали, фактически не является истинным отображением пространства всех возможных раковин.

Согласно этому взгляду, большие области многоэтажного здания не были бы возможны, даже если бы они были пригодны с точки зрения выживания.

Моя собственная интуиция отдает предпочтение селекционистскому объяснению Раупа, но в данный момент я не хочу развивать эту тему, поскольку в любом случае я представил раковины только чтобы проиллюстрировать, что мы понимаем под математическим пространством возможных животных.

Я не могу покинуть запретные области, не окинув быстрым взглядом некоторые странности, которые действительно существуют в мире.

Спирула - маленький, плавающий головоногий моллюск (эта группа включает в себя осьминогов и аммонитов), родственный наутилусу.

Развернутая форма раковины говорит о высоком значении verm (больше, чем 1/flare), и мы уже встречали спирулу в связи с этом качеством на Рисунке 6.4.

Если предположить, что раковины с высоким значением verm, таким как эта, обычно не выживают из-за своей конструктивной хрупкости, спирула вписывается в это предположение довольно хорошо.

Она не живет внутри своей раковины, но использует ее в качестве внутреннего плавучего органа.

Поскольку раковина не служит для защиты, природа позволила ей двигаться по эволюционной траектории в область Музея всех возможных раковин, которая обычно является закрытой.

Она все еще находится внутри куба музея.

Вероятно, это справедливо для раковины Вермикулярия спирата, изображенной на Рисунке 6.15, которая ведет образ жизни - и имеет форму - трубчатого червя.

Следуйте в правый нижний угол Рисунка 6.8, и вы попадете как минимум в основную область музея, где расположена Вермикулярия спирата.

С другой стороны, близкие родственники этого животного (а также некоторые вымершие аммониты) имеют более необычную, менее правильную форму, и они, безусловно, не могут располагаться в какой-то одной части музея.

Наш трехмерный музей не только пренебрегает фактом, что поперечное сечение трубок не обязательно круглое.

Он также не принимает во внимание богатые узоры на поверхности раковин: полосы тигра и пятна леопарда (Рисунок 6.10), V-образную калиграфию (Рисунок 6.4а) и весь ассортимент желобков и бороздок, оказавшихся вырезанными и нарисованными на других раковинах.

Некоторые из этих узоров можно было бы приспособить к нашей модели, запрограммировав компьютер следующим обарзом: по мере закручивания, строительства трубки, растущей как ряд колец, делать каждое n-ное кольцо толще, чем остальные.

В зависимости от значения n, это правило могло бы проявляться в виде вертикальных полос, расположенных на определенном расстоянии друг от друга на поверхности раковины.

Более сложные правила для компьютера могут генерировать более замысловатые узоры.

Немецкий ученый по имени Ганс Мейнард выполнил специальное исследование этих правил.

На рисунке 6.16 показаны узоры на поверхности двух реальных раковин, оливы и свитка (слева).

Справа поразительно похожие узоры, созданные с помощью компьютерных инструкций, выполняемых компьютерной программой Мейнарда.

Вы можете видеть, что его инструкции привели к результатам, сходным с теми, что получены при выращивании древообразных биоморфов, но он думал о них не категориями растущих веток, а как о волнах выделения пигмента и ингибировании активности, прокатывающейся по клеткам.

Подробности легли в основу его книги "The Algorithmic Beauty of Sea Shells", но я должен оставить этот вопрос и вернуться к моей главной теме Музея всех раковин.

Я представил идею музея из-за замечательного факта, что - если оставить без внимания сложность поперечного сечения трубок, орнамент и изменчивые характеристики - самые известные варианты среди раковин можно приближенно выразить, используя лишь три числа, применяемых в правилах рисования.

Чтобы разместить другие формы животных, не раковины, нам обычно приходится представлять себе музей, построенный в большем количестве измерений, чем мы можем нарисовать.

Хотя и трудно мысленно себе представить Музей всех возможных животных с бесчисленным моножеством измерений, легко понять простую идею, что животные располагаются рядом с теми, кого они больше всего напоминают, и что можно двигаться в любом направлении, а не только прямо по коридорам.

Эволюционная история представляет собой кривую, извивающуюся через некоторые части музея.

Поскольку эволюция идет независимо во всех частях совершенно различных царств животных и растений, мы можем представить себе тысячи траекторий, проложенных в различных направлениях через различные области многомерного музея (заметьте, как далеко мы ушли от сильно отличающейся метафоры Горы Невероятного).

Теперь дискуссию, с которой мы начали, можно выразить по-новому следующим образом.

Некоторые биологи полагают, что идя длинными корридорами музея, мы обнаружим плавные градации во всех направлениях.

Значительные части музея, на самом деле, никогда не посещали живые плоть и кость, но, согласно этому представлению, посетили бы, если бы только естественный отбор 'захотел' выведать дорогу в эти части.

Другая группа биологов, с которым я менее согласен, но которые могут быть правы, считают, что значительная часть музея навсегда закрыта для естественного отбора; что естественный отбор мог нетерпеливо ломится в двери конкретного коридора, но никогда туда не допускался, поскольку необходимые мутации просто не могли возникнуть.

Другие части музея, согласно образной версии этого представления, отнюдь не закрытые для естественного отбора, действуют как магниты или сточные воронки, присасывающие к себе животных, почти независимо от давления естественного отбора.

Согласно этому представлению о жизни, Музей возможных форм животных представляет собой не равномерно распланированное многоэтажное здание с длинными галереями и величественными коридорами плавно изменяющихся особенностей, а набор строго разделенных магнитов, ощетинившихся железными опилками.

Железные опилки представляют животных, а пустое пространство между магнитами представляет промежуточные формы, которые, если возникали, могли выжить, а могли не выжить, но не могли существовать изначально.

Другой, и, вероятно, лучший способ выразить это представление - это сказать, что наше восприятие того, что составляет "промежуточные" или "соседние" формы в животном пространстве, неверно.

Настоящие соседи - это те формы, до которых, в сущности, можно добраться одним мутационным шагом.

Они, на наш взгляд, могут быть похожи на соседей, а могут не быть.

Я непредвзят в этом споре, хотя и склоняюсь к одному из направлений.

На одном я все же настаиваю.

Повсюду, где в природе есть достаточно сильная иллюзия хорошего замысла с определенной целью, естественный отбор является единственным известным механизмом, которым можно ее объяснить.

Я не утверждаю, что естественный отбор имеет ключи от всех корридоров Музея всех возможных животных, и я, конечно, не думаю, что в любую часть музея можно добраться из любой другой его части.

Естественный отбор, скорее всего, не может бродить, где ему вздумается.

Может быть, некоторые из моих коллег правы, и свободный доступ естественного отбора, когда он ползет, или даже прыгает по музею, строго ограничен.

Но если инженер посмотрит на животное или орган, и увидит, что он хорошо спроектирован для выполнения определенных задач, тогда я встану и заявлю, что естественный отбор ответственен за совершенство кажущегося проекта.

"Магниты" и "точки притяжения" в Пространстве животных, без помощи отбора, не могут осуществить эффективный проект.

А теперь позвольте мне слегка смягчить свою позицию, представив идею 'калейдоскопических' эмбриологий.

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/30651/105197

Переводчики: cosinus, Irina73