Готовый перевод Climbing Mount Improbable / Поднимаясь на пик невероятного: CHAPTER 9 The Robot Repeater / ГЛАВА 9 Робот-повторитель.

Глава 9
Робот-повторитель.

Мы только что пришли к заключению, что цветы и слоны фактически являются хозяевами "собственной" ДНК в той же мере, как и хозяевами вирусной ДНК.

Это верно, но оставляет без ответа сложные вопросы.

Мы пропустили важный шаг.

Компьютерным вирусам легко живется потому, что мир уже полон компьютеров, мощных, послушных и готовых повиноваться приказам.

Но компьютеры построили люди.

Они преподнесли их паразитическим программам на тарелочке.

У вирусной ДНК также есть свои хозяева, со всем их тщательно продуманным, повинующимся инструкциям клеточным оборудованием, преподнесенным им на тарелочке.

Но в случае живого оборудования, откуда оно появилось?

Представьте себе что-то вроде компьютерного вируса, которому, вместо того, чтобы воспользоваться уже существующим компьютером, полностью готовым подчиняться инструкциям, пришлось начинать с нуля.

Он не может просто сказать: "Создай мою копию", потому что нет компьютера, способного подчиняться инструкциям.

Чтобы быть по-настоящему самораспространяемой программой, в мире без готово вычислительного и дублирующего оборудования, что должна была бы сделать компьютерная самокопирующаяся программа?

Она должна была бы начинаться словами: «Сделайте механизм, вынужденный меня дублировать",

А перед этим она должна была бы сказать: "Сделайте части, из которых собирается оборудование, делающее мою копию."

А перед этим она должна была бы сказать: "Соберите сырье, необходимое для создания частей."

Для этой более сложной программы нужно название.

Давайте называть ее "Программой полного копирования инструкций" или TRIP.

TRIP должна контролировать не просто обычный компьютер с клавиатурой и экраном.

Она должна иметь возможность распоряжаться аналогом квалифицированных рабочих, или захватывающими и манипулирующими устройствами, связанными с воспринимающими усройствами, чтобы формировать части и кое-как их складывать.

Схожие с руками устройства необходимы для того, чтобы найти и собрать части, а перед этим - чтобы собрать для них сырье.

Компьютер может моделировать вещи на своем экране, но он не может сам по себе строить другой компьютер, такой как он сам.

Чтобы сделать это, ему нужно выйти в реальный мир и работать с реальными, трехмерными металлами, кремнием и другими материалами.

Давайте посмотрим немного поближе на возникающие технические проблемы.

Современные настольные компьютеры могут работать с цветными формами на электронно-лучевом экране, с разноцветными красками на принтерной бумаге и иногда с некоторыми другими вещами, такими как звук в аккустической стереосистеме.

Их можно всецело использовать для создания иллюзии трехмерности, но это действительно иллюзии, полагающиеся на обман человеческого мозга.

Куб рисуется в перспективе на экране.

При соответствующем рендеринге поверхностей он выглядит убедительно трехмерным, но вы всё же не можете по-настоящему потрогать и поднять его, твердый и тяжелый, двумя пальцами.

Надлежащими программами вы можете моделировать разрезание куба пополам и разглядывать поперечное сечение на экране.

Но снова же, оно не будет действительно трехмерным.

Компьютеры будущего, возможно, будут обманывать другие чувства подобным образом.

Будущий аналог компьютерной мыши может быть оснащен устройством, передающим пальцам реалистичное чувство инерции, когда они толкают "тяжелый" объект на экране.

Но всё же объет не сможет быть по-настоящему тяжелым, не сможет быть сделанным из осязаемого, твердого материала.

Наш компьютер, запускающий TRIP, должен манипулировать не просто человеческим воображением.

Он должен быть способен обращаться с трехмерными объектами в реальном мире.

Как компьютер мог бы это делать?

Это было бы невероятно сложно.

Мы можем начать понимать это, постаравшись спроектировать новый вид компьютерного принтера, "3-D принтер".

Обычный компьютерный принтер работает с чернилами на двумерном листе бумаги.

Один из способов приблизить техмерное изображение, скажем, к телу кота, состоял бы в наложении ряда слоев, напечатанных на прозрачных листах.

Компьютер бы тщательно делал слои и сканировал кота, от носа до хвоста, отпечатывая сотни листов ацетатной пленки.

Когда листки, наконец, сложились бы в объемную пачку, трехмерное изображение кота было бы видно внутри пачки.

Это всё ещё не настоящий 3-D принтер, потому что кот, напечатанный таким образом, был бы вмурован в матрицу ацетатной пленки.

Мы могли бы облегчить положение, если бы заменили чернила самотвердеющей смолой.

Листки были бы сложены в стопку, как и прежде, а затем растворены или стравлены, оставив только затвердевшую смолу.

В маловероятном случае, если бы технические проблемы с этим проектом были бы преодолены, у нас был бы инструмент, способный строить любые трехмерные объекты: настоящий трехмерный компьютерный принтер.

Наш 3-D компьютерный принтер всё ещё прочно прикован к двумерными понятиям.

Он ухитряется добиться трехмерного результата, используя принцип серии разрезов или слоев.

Ни одно устройство вывода, которое полагалось бы на принцип ряда разрезов, не отвечало бы требованиям нашей TRIP.

Практический механизм, такой как двигатель внутреннего сгорания, никак нельзя сделать методом серии слоев.

Ему необходимы комплектующие детали, вроде цилиндров и клапанов, маховиков и ремней.

Эти детали сделаны из различных материалов, и они должны иметь возможность двигаться друг относительно друга.

Двигатель нельзя построить, сложив стопкой слои: он должен быть собран из объединенных вместе, предварительно изготовленных раздельных деталей.

Сами предварительно изготовленные части необходимо будет собрать таким же образом из меньших частей

Подходящее устройство вывода для TRIP - это вовсе не 3-D принтер.

Это промышленный робот.

У него есть клешня или некоторое подобие руки, способное хватать объекты.

"Рука" должна быть на конце аналога плеча, и у нее должен быть набор суставов, способный двигать ее во всех трех плоскостях.

Она имеет аналог органов чувств, способный направлять ее к следующему объекту, который надо подобрать, и способна вести этот объект к заданной цели, так что его можно закрепить на месте надлежащими средствами.

Промышленные роботы подобного типа существуют на современных фабриках (Рисунок 9.1).

Они работают при условии, что каждый имеет очень специфическую задачу, выполняемую в определенном месте на сборочной линии.

Но обычного промышленного робота не достаточно, чтобы запустить TRIP-программу.

Он собирает части вместе - объединяет их - если эти части передаются ему в фиксированном положении или организуются после него на производственной линии.

Но суть нашего упражнения - уйти от вещей, которые подаются в фиксированном положении, "на тарелочке"

Наш робот должен как-то найти первоначальные материалы, чтобы изготовить части, перед тем как начать их сборку.

Чтобы сделать это, ему придется пересечь мир, активно выискивая сырье, добывая и накапливая его.

Ему нужны средства для передвижения - что-то наподобие гусеничного хода или ног.

Существуют роботы, обладающие ногами либо другими средствами псевдо-целенаправленного передвижения по миру.

Оди из них, приведенный на рисунке 9.2, на вид напоминает насекомое, правда, у него 4 ноги вместо 6.

Он снабжен ногами на присосках, как муха, потому что его коронный трюк - карабкание на вертикальные поверхности.

Излюбленная игра его изготовителей - тестировать его, ставя руку как раз в том метсе, где робот хочет наступить.

Нога робота ощущает непригодность рельефа и шагает в очаровательно правдоподобной пантомиме, ища лучшую поверхность.

Но это особенность одного определенного робота.

Ранее известный робот, "черепаха" Machina speculatrix, построенная У. Грей Уолтером из Бристольского университета,

подключалась к сети, чтобы перезарядить батареи.

Когда ее батареи разряжались, она проявляла всё более растущий "аппетит" к электричеству и активизировала свои поиски розетки.

Когда она ее находила, она пятилась к ней и оставалась там, пока не подзарядится.

Эти подробности не существенны.

Мы говорим о механизме, способном передвигаться на своих собственных ногах и беспокойно что-то искать под контролем своих собственных органов чувств и своего собственного бортового компьютера.

Наша следующая задача - объединить эти два вида роботов.

Представьте, что шагающий робот с ногами-присосками несет на спине что-то вроде промышленного робота-манипулятора, которого мы видели ранее.

Комбинированным механизмом управляет бортовой компьютер.

Бортовой компьютер обладает множеством стандартных программ для контроля за ногами и присосками, и для контроля за блоком руки и плеча.

Но он находится под полным контролем главной программы "сделай мою копию", которая в основном говорит: "Ходи по всему миру, собирая необходимые материалы, чтобы создать второй экземпляр всего робота.

Сделай нового робота, а затем загрузи такую же TRIP-программу в его бортовой компьютер и отпусти его делать то же самое."

Гипотетический робот, над которым мы сейчас работали, можно назвать TRIP-роботом.

TRIP-робот, такой как мы сейчас себе представили - это механизм большой технической сложности и изобретательности.

Этот принцип обсуждал знаменитый венгеро-американский математик Джон фон Нейман (один из двух кандидатов на почетный титул отца современного компьютера - другим являлся Алан Тьюринг, молодой британский математик, который благодаря своему гению дешифровки, возможно, сделал больше, чем кто-либо другой на стороне союзников для победы во Второй Мировой войне, но после войны доведенный до самоубийства судебным преследованием, включая насильственные гормональные инъекции, за его гомосексуализм).

Но ни механизм фон Неймана, ни самокопирующийся TRIP-робот до сих пор не построены.

Возможно, они никогда не будут построены.

Возможно, это за пределами практической осуществимости.

Но о чем я говорю?

Абсурдно говорить, что самокопирующийся робот никогда не был построен.

Кем вообще, по моему мнению, являюсь я сам?

Или вы?

Или пчела, или цветок, или кенгуру?

Кто мы все такие, если не TRIP-роботы?

Мы не созданы искусственно с определенной целью: мы были собраны благодаря процессам эмбрионального развития, под изначальным управлением генов, отобранных естественным отбором.

Но мы фактически делаем именно то, что делает гипотетический TRIP-робот по определению.

Мы бродим по миру, ища сырье, необходимое для сборки частей, необходимых для сборки нас самих, и, в конечном счете, собираем другого робота, одаренного тем же умением.

Сырье - это молекулы, которые мы добываем из богатых пластов пищи.

Некоторым людям неприятно, когда их называют роботами.

Обычно причина в том, что они думают, что робот должен быть неуклюжим, слабоумным зомби, без хорошего управлениия, без интеллекта и без свободы действий.

Но это не обязательно и зависит от свойств робота.

Просто оказалось, что это свойства некоторых роботов, которые мы построили при нашей нынешней технологии.

Если я скажу, что хамелеон, или палочник, или человек является роботом, несущим в себе свои собственные программные инструкции, я не скажу совсем ничего о том, насколько он разумен.

Существо может быть очень разумным, и всё же быть роботом.

И я не скажу ничего о том, насколько он приспосабливаемый, поскольку робот может быть очень приспосабливаемым.

Люди двадцатого века, которые протестуют, когда их называют роботами, протестуют против поверхностной и изжившей себя словарной ассоциации (как человек двадцатого века, протестующий против того, чтобы паровой транспорт называли транспортным средством, на том основании, что в нем нет лошади).

Робот - это любой механизм, неопределенной сложности и разумности, который был заранее собран для выполнения определенной задачи.

Задача TRIP-роботов - разносить по миру копии собственной программы, вместе с механизмами, необходимыми для ее выполнения.

Отправная точка нашей дискуссии о самокопирующихся роботах была такой.

Мы определили, что простая программа "сделай мою копию", такая как компьютерный вирус или настоящий ДНК вирус, работает хорошо, но зависит от мягкости окружающего мира - обеспечивается оборудованием, способным читать и подчиняться инструкциям.

Но наш мир мягок только потому, что кто-то, или что-то, уже создало оборудование, подчиняющееся инструкциям.

Теперь мы должны представить себе чрезвычайно сложного робота, который является, снова же, гигантским отступлением в программе "сделай мою копию".

Вместо того, чтобы говорить: "Сделай мою копию", программа говорит: "Собери части и сделай новую версию всего механизма, необходимого, чтобы меня скопировать, а затем загрузи меня в его бортовой компьютер."

Мы вернулись назад, к выводу предыдущей главы.

Слон - это огромное отступление в компьютерной программе, написанное на языке ДНК.

Страус - еще одно отступление, дуб - еще одно.

И, конечно, еще одно - человек.

Все мы - TRIP-роботы, все - механизмы фон Неймана.

Но как начался весь этот процесс?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам придется вернуться на много лет назад, более чем на 3 миллиарда лет, возможно, на 4 миллиарда лет.

В те времена мир был совершенно другим.

Не было ни жизни, ни биологии, только физика и химия, и особенносит химического состава Земли были совершенно другими.

Большинство, хотя и не все, обоснованные предположения начинаются с того, что было названо первичным бульоном, со слабого раствора простых органических химических веществ в море.

Никто не знает, как это случиловь, но каким-то образом, не нарушая законов физики и химии, появилась молекула, которая, как оказалось, обладала свойствами самокопирования - репликатор.

Это может показаться большой случайностью.

Я хочу кое-что сказать об этой случайности.

Во-первых, это должно было произойти только однажды.

В этом смысле, это скорее похоже на удачу, предполагающую колонизацию острова.

На большинстве островов в мире, довольно удленных, таких как остров Вознесения, есть животные.

Некоторые из них, например птицы и летучие мыши, добрались туда путем, который мы можем лекго себе представить, без предполагаемой большой доли удачи.

Но другие животные, такие как ящерицы, не могут летать.

Мы чешем голову и удивляемся, как они могли туда попасть.

Может показаться неудовлетворительным предполагать аномальную удачу, вроде ящерицы, которой повезло уцепиться за мангровое дерево на материке, вырваное и переплывшее через море.

Аномальная или нет, такая удача действительно случается - есть ящерицы на океанских островах.

Мы обычно не знаем подробностей, поскольку это не происходит достаточно часто, чтобы у нас была какая-то возможность это увидеть.

Суть в том, что это должно случиться лишь однажды.

То же самое касается возникновения жизни на планете.

Более того, насколько мы знаем, это могло случиться только на одной из миллиарда миллиардов планет во Вселенной.

Конечно, многие люди думают, что это произошло на огромном множестве планет, но у нас есть лишь свидетельство, что это произошло на одной планете, по прошествии от полумиллиарда до миллиарда лет.

Поэтому такое счастливое событие, которое мы наблюдаем, могло быть настолько дико невероятным, что шанс, что оно случится где-либо во Вселенной, мог быть лишь один к миллиарду миллиардов миллиардов в течение одного года.

Если это случилось только на одной планете во всей Вселенной, то это должна быть наша планета - потому что мы здесь говорим об этом.

Я предполагаю, что жизнь, должно быть, не настолко уж редка, и возникновение жизни, наверное, не столь невероятно.

Но есть доводы против этого.

Один интересный пример - это аргумент "Где же они?"

Представьте себе народ в южной части Тихого океана, настолько удаленный, что во всей устной истории этого племени ни одно каноэ никогда не встречало другой части обитаемой суши.

Старейшины племени размышляют о вероятности, есть ли жизнь за пределами острова.

Фракция "Мы одиноки" имеет сильный довод, основанный на факте, что остров никто никогда не посещал.

Даже если передвижение племени ограничено зоной досягаемости каноэ, не должны ли быть другие племена, продвинувшиеся до более совершенных лодок?

Почему они никогда не приплывают?

В случае обитателей островов на Земле, все они на настоящий момент открыты, и сегодня, должно быть, есть не много людей, настолько уединенных, что они не видели самолета.

Но наш планетный остров во Вселенной никогда не посещали, насколько мы знаем из достаточно достоверных отчетов.

Более важно то, что в последние несколько десятилетий мы были оснащены для обнаружения радиоконтакта из космоса.

Есть около миллиона звезд в радиусе, который могли достичь радиоволны за тысячу лет.

Тысяча лет - короткое время по меркам звезд и геологии.

Если технологические цивилизации обычны, некоторые из них будут получать радиоволны на тысячи лет позже, чем мы.

Не должны ли мы были уже получить какие-то свидетельства их существования.

Это не довод против существования какой-либо жизни где-то во Вселенной.

Но это довод против того, что разумная, технически искушенная жизнь располагается достаточно плотно, чтобы быть в зоне радио других островков жизни.

Если жизнь при зарождении имеет высокую вероятность дать начало разумной жизни, мы могли бы принять это как свидетельство того, что редка сама жизнь.

Алтернативный вывод в этой цепи рассуждений - мрачное предположение, что разумная жизнь может возникать достаточно часто, но обычно проходит лишь короткое время между изобретением радио и технологическим самоуничтожением.

Жизнь, возможно, обычна во Вселенной, но мы также можем предположить, что она чрезвычайно редка.

Из этого следует, что событие, которое мы ищем, когда размышляем о происхождении жизни, могло быть очень и очень маловероятным: не таким событием, которое мы можем ожидать повторить в лаборатории, и не таким, которое химики будут считать "правдоподобным".

Это интересный парадокс, полностью рассмотренный в главе "Слепого Часовщика" под названием "Истоки и чудеса".

Мы могли бы активно искать теорию с такой характерной особенностью, что, когда мы ее найдем, мы должны оценивать ее как чрезвычайно неправдоподобную!

С одной стороны, мы могли бы даже проявить определенное беспокойство, если бы химикам удалось подтвердить теорию возникновения жизни, которую, используя обычные стандарты вероятности, мы считали бы правдоподобной.

С другой стороны, жизнь, похоже, появилась в течне первого из 4,5 миллиардов лет существования Земли;

мы были здесь в течение восьми девятых возраста Земли, моя интуиция подсказывает, что возникновение жизни на планете - не такое уж неожиданное событие.

Возникновение жизни, где бы то ни было, включает в себя случайное возникновение самореплицирующейся сущности.

В настоящее время репликатор, который имеет значение на Земле - это молекула ДНК, но первоначально репликатором, вероятно, была не ДНК,

Мы не знаем, что это было.

В отличие от ДНК, молекулы первоначального репликатора не могли полагаться на сложное оборудование для своего копирования.

Хотя, в некотором смысле, они должны были быть аналогичными инструкциям типа "сделай мою копию", язык, на котором эти инструкции были написаны, не был сильно формализованным языком,

которому могло бы подчиняться только сложное оборудование.

Первоначальный репликатор не мог нуждаться в сложной расшифровке, как инструкции ДНК и компьютерных вирусов сегондя.

Самокопирование было неотъемлемым свойством структуры, точно так же, как, скажем, твердость является неотъемлемым свойством алмаза, чем-то, что не нужно "расшифровывать" и "подчиняться".

Мы можем быть уверены, что первоначальные репликаторы, в отличие от их более поздних преемников, молекул ДНК, не обладали сложным оборудованием для расшифровки и подчинения инструкциям, потому что сложное оборудование - это то, что появилось в этом мире лишь спустя многие поколения эволюции.

А эволюция не начиналась, пока не было репликаторов.

Вопреки так называемой "Уловке-22 возникновения жизни" (см. выше), первоначальная самокопирующаяся сущность должна была быть достаточно простой, чтобы появиться благодаря спонтанной химической случайности.

Как только возник первый спонтанный репликатор, эволюция могла быстро развиваться.

Репликатор по своей природе производит популяцию своих копий, а значит популяцию сущностей, которые также претерпевают удваивание.

Следовательно, эта популяция будет склонна к экспоненциальному росту, пока не остановится из-за конкуренции за ресурсы или сырье.

Через минуту я буду развивать идею экспоненциального роста.

Коротко говоря, популяция удваивается через равные промежутки времени, а не увеличивается за это время на постоянную величину.

Это значит, что популяция репликаторов скоро будет очень большой, а следовательно, между ними будет конкуренция.

Любой процесс копирования по своей природе никогда полностью не совершенен: при удвоении происходят случайные ошибки.

Поэтому в популяции появятся различные вариации репликаторов.

Некоторые из этих вариаций утратят способность к самокопированию, и их отдельные формы не будут сохранены в популяции.

Другим вариациям посчастливится иметь свойства, которые приведут к тому, что они будут копироваться быстрее или эффективнее.

В результате они станут более многочисленными в популяции.

Поскольку они будут соперничать за одно и то же сырье, что и конкурирующие репликаторы, со временем обычный тип репликатора будет постоянно вытесняться новым и лучшим типом.

Лучшим в чём?

Лучшим в репликации, конечно.

Позже это усовершенствование примет форму влияния на другие химические реакции, чтобы облегчить саморепликацию.

В конечном итоге, влияние становится достаточно сложным, так что наблюдатель, будучи там (конечно, его там не было, поскольку потребовались миллионы лет, чтобы эволюционировал тот, кого можно назвать наблюдателем), мог мы описать этот процесс как расшифровку и подчинение инструкциям.

И если бы того же наблюдателя спросили, что эти инструкции означают, он бы ответил, что они означают "сделай мою копию".

Есть несомненные трудности в этой истории.

Среди них я уже упоминал так называемую "уловку-22" возникновения жизни.

Чем больше число компонентов репликатора, тем больше вероятность, что один из них будет неправильно скопирован, что приведет к полной неисправности всей системы.

Это предполагает, что первый, первоначальный репликатор должен был содержать очень мало компонентов.

Но молекулы с меньшим, чем определенное минимальное число, количеством компонентов, вероятно, были слишком простыми, чтобы быть способными организовать свое собственное копирование.

Чтобы согласовать эти два требования, была использована изобретательнсть - с немалым успехом, но эта тема становится более математической, чем необходимо для этой книги.

Первоначальные механизмы репликации - первые роботы-повторители - должны были быть намного проще, чем бактерия,

но бактерия - это самый простой пример TRIP-роботов, известный нам сегодня (Рисунок 9.3а).

Образ жизни бактерий очень разнообразен, с химической точки зрения его диапазон намного шире, чем у всех царств жизни вместе взятых.

Есть бактерии, связанные с нами более близким родством, чем с другими бактериями, чужой разновидности.

Есть бактерии, которые получают питательные вещества из серы в горячих источниках, для которых кислород является смертельным ядом, бактерии, сбраживающие сахар до спирта в отсутствие кислорода, бактерии, живущие на углекислом газе и водороде, выделяющие метан, бактерии, применяющие фотосинтез (использующие солнечный свет для синтеза пищи), как растения, бактерии, использующие фотосинтез способом, очень отличным от растений.

Другие группы бактерий осуществляют ряд совершенно различных биохимических реакций, в сравнении с которыми все остальные - животные, растения, грибы и некоторые бактерии - являются монотонно однообразными.

Бактерии нескольких различных видов объединились более чем миллиард лет назад, чтобы сформировать "эукариотическую клетку" (Рисунок 9.3b).

Это наш тип клеток, с ядром и другими сложными внутренними частями, многие из которых состоят из замысловато запутанных внутренних мембран, как митохондрия, на которую я вкратце обращал внимание на Рисунке 5.2.

Сейчас считается, что эукариотическая клетка получилась из колонии бактерий.

Позже сами эукариотические клетки объединились в колонии.

Вольвокс - современное животное (Рисунок 9.3с).

Но, возможно, они показывают собой то, что происходило более миллиарда лет назад, когда наш тип клеток впервые начал собираться в колонии.

Это объединение эукариотических клеток было сопоставимо с более ранним объединением бактерий в эукариотическую клетку и еще более ранним объединением генов в бактерию.

Большее и более плотно упакованное объединение эукариотических клеток называется многоклеточным телом.

На Рисунке 9.3d показано сравнительно маленькое многоклеточное тело, тихоходка.

Сами многоклеточные тела иногда объединяются в колонии, ведущие себя отчасти подобно особям (Рисунок 9.3е).

Я сказал, что слон был гигантским отступлением в программе "сделай мою копию", но я мог бы назвать мышь вместо слона, и "гигантский" всё еще было бы подходящим словом.

Вольвокс имеет несколько сотен клеток.

Мышь - крупное сооружение, возможно, из миллиарда клеток.

Слон - это колония из примерно 1 000 триллионов (10^15) клеток, и каждая из этих клеток представляет собой колонию бактерий.

Если слон - это робот, носящий свой проект, то это почти невообразимо большой робот.

Это колония ктеток, но, поскольку эти клетки несут в себе копии одних и тех же инструкций ДНК, все они сотрудничают, работая вместе для достижения одной цели, копирования своих одинаковых ДНК-данных.

На Рисунке 9.3 показаны повышающиеся уровни организации живых форм: (а) отдельная бактерия; (b) прогрессивная - эукариотическая - клетка с ядром, первоначально эволюционировавшая из колонии бактерий;

(c) вольвокс, колония различных эукариотических клеток; (d) более плотно упакованная и густонаселенная колония различных эукариотических клеток, тихоходка.

Человеческое тело - еще одна такая колония - колония колоний, поскольку каждая из наших клеток является колонией бактерий; (е) колония отдельных организмов: рой медоносных пчел - колония колоний колоний.

Конечно, слон не является особо крупным, в любом неограниченном масштабе.

По сравнению со звездой он маленький.

Я имею в виду, крупный по сравнению с молекулами ДНК, которые проектируют слона, чтобы сохраниться и распространиться.

Он большой по сравнению с едущими в нем реплицирующимися создателями слона.

Чтобы получить представление масштабе, представьте, что человеческие инженеры построили гигантский механический робот, в котором они могут ездить, как греки в своем троянском коне.

Но наша механическая лошадь будет увеличена таким образом, что каждый человеческий инженер будет равен по размеру одной из молекул ДНК робота.

Помните, что мы говорим о реальном коне как о роботе, построенном генами, едущими внутри него.

Суть рисунка в том, что, если бы мы построили робота-коня, чтобы самим ездить внутри, и если бы наш робот-конь был столь же большим по сравнению с нами,

как реальный конь по сравнению с построившими его генами, то наш робот-конь мог бы перешагнуть Гималаи (Рисунок 9.4).

Реальный, живой конь сделан из триллионов клеток.

С незначительными исключениями, каждая из этих клеток имеет полную бригаду едущих в ней генов, хотя большинство из них, в каждом типе клеток, спят.

Реальному живому телу удается быть таким большим (по сравнению с построившими его генами), потому что оно растет благодаря процессам, очень отличающимся от роста искусственной машины; совсем по-другому, чем рос бы механический конь, если бы он когда-либо был построен.

Особый способ роста, которым пользуются живые организмы - это экспоненциальный рост.

Другими словами, живые организмы растут благодаря локальному удвоению.

Мы начинаем с единственной клетки, которая очень мала.

Или, скорее, у нее почти подходящие размеры для генов, которые ее сделали.

Она находится в пределах диапазона, который они могут охватить биохимическими манипуляциями.

Их влияние может достичь всех уголков единственной клетки, и они могут формировать эту единственную клетку, чтобы добиться определенных свойств.

Возможно, самое замечательное свойство клетки - ее способность делиться на две дочерних клетки, более или менее подобных ей.

Будучи похожими на родительскую клетку, каждая дочерняя клетка сама способна разделиться на две, создавая четыре клетки-внучки.

Каждая из этих четырех, в свою очередь, может удвоиться, создав восемь, и т.д.

Это экспоненциальный рост или локальное удваивание.

Люди. не привыкшие к этому, находят силу экспоненциального роста удивительной.

Как я и обещал, я потрачу на него немного времени, потому что это важно.

Есть много ярких способов его проиллюстрировать.

Если вы согнете лист бумаги один раз, его толщина удвоится.

Согните его снова, и она увеличится вчетверо.

Еще один сгиб, и вы получите пачку толщиной в восемь слоев.

Еще три сгиба - это примерно столько, сколько вы сможете сделать до того, как пачка станет слишком толстой, чтобы ее сгибать дальше: толщиной в шестьдесят четыре слоя.

Но представьте, что эта механическая жесткость не была проблемой, и что вы смогли продолжать сгибать, скажем, пятьдесят раз.

Насколько толстой тогда была бы пачка бумаги?

Ответ - она была бы настолько толстой, что простиралась бы за пределы атмосферы Земли и за пределы орбиты Марса.

Таким же образом, благодаря локальному удвоению клеток по всему развивающемуся телу, число клеток быстро достигает астрономических размахов.

Синий кит состоит примерно из ста тысяч триллионов (10^17) клеток.

Но сила экспоненциального роста такова, что потребовалось бы всего лишь около пятидесяти семи поколений клеток, при идеальных условиях, чтобы создать такого левиафана.

Под поколением клеток я подразумеваю удвоение.

Вспомните, что число клеток возрастает так: 1, 2, 4, 8, 16, 32, и т.д.

Поэтому потребуется шесть поколений, чтобы достичь тридцати двух клеток.

И если вы продолжите умножение на два подобным образом, потребуется только пятьдесят семь поколений, чтобы достичь ста тысяч триллионов, количества клеток в голубом ките.

Этот способ подсчета числа поколений клеток на самом деле нереалистичен, потому что дает только минимальную цифру.

Предполагается, что после каждого поколения клеток каждая клетка продолжает удваиваться.

Фактически же, многие клеточные линии выходят из игры раньше, когда заканчивают создание определенной части тела, скажем, печени.

Другие клеточные линии продолжают удваиваться дальше.

Поэтому голубой кит фактически состоит из ряда клеточных линий разной длины, создающих различные части кита.

Некоторые из этих линий продолжают удваиваться более чем пятьдесят семь поколений клеток.

Другие прекращают деление после менее чем пятидесяти семи поколений.

На практике, есть "стволовые клетки", подмножество клеток, которые приберегаются, чтобы строчить копии клеток, таких как они сами.

Вы можете грубо подсчитать минимальное число поколений клеток, которое понадобилось бы, при идеальных условиях удвоения, чтобы вырастить любое животное, учитывая его вес.

Вы можете предположить, что у крупных животных клетки не особо крупные, просто у них больше таких же клеток, как у мелких животных.

Вычисление навскидку предполагает, что потребовалось бы минимум сорок семь поколений удваивающихся клеток, чтобы вырастить взрослого человека, и всего лишь примерно на десять поколений больше, чтобы вырастить синего кита.

Эти цифры - явное преуменьшение, по причинам, которые я назвал.

Однако остается верным, что сила экспоненциального роста такова, что нужно внести лишь небольшое изменение в то, как долго определенная линия клеток продолжает делиться, чтобы получить существенные изменения в окончательных размерах созданной группы клеток.

Мутации иногда делают это.

Строительство этих колоссальных тел - колоссальных по стандартам их строителей и пассажиров (ДНК) - можно назвать гигатехнологией.

Гигатехнология подразумевает искусство строительства объектов, по крайней мере в миллиард раз больших, чем вы сами.

Искусство гигатехнологии - это то, в чем наши собственные инженеры не имеют никакого опыта.

Самые большие транспортные средства, которые мы строим, чтобы путешествовать - самые большие суда - не очень велики по сравнению с их строителями, и мы можем обойти вокруг них за считанные минуты.

Когда мы строим нечто похожее на судно, у нас нет преимущества экспоненциального строительства.

Для нас нет иного выхода, кроме как толпиться вокруг сооружения, склепывая вместе сотни готовых стальных пластин.

ДНК, строя свое роботизированное транспортное средство, чтобы в нем ездить, содержит в своих командах инструмент экспоненциального роста.

Экспоненциальный рост дал большую власть в руки генов, отобранных естественным отбором.

Это значит, что небольшая корректировка в деталях контроля эмбриологического роста может в результате иметь самый неожиданный результат.

Мутация, заставляющая определенную сублинию клеток продолжать делиться всего лишь на один раз больше - скажем, двадцать пять поколений клеток вместо двадцати четырех - может в принципе иметь эффект удвоения размера определенной части тела.

Та же уловка, изменение числа клеточных поколений или скорости деления клеток, может быть использована генами в течение эмбриологического периода для изменения формы частей тела.

Современные люди имеют выдающийся подбородок по сравнению с нашим довольно недавним предком, Homo erectus.

Всё, что требуется для изменения формы подбородка - это маленькая корректировка числа клеточных поколений в определенной области черепа эмбриона.

В некотором смысле замечательно, что линии клеток прекращают делиться, когда нужно, таким образом, чтобы все наши части были достаточно соразмерны друг другу.

Конечно, в некоторых случаях, как известно, клеточные линии не прекращают деление, когда должны.

Когда это случается, мы называем это раком.

Рэндольф Несс и Джордж Уильямс (в своей блестящей книге, которую они написали под превосходным заглавием "Дарвинистская медицина", но которую издатели нагрузили множеством непамятных и географически изменчивых заглавий) высказывают мудрое соображение относительно рака.

Прежде чем задаваться вопросом, почему мы приобретаем рак, мы должны задаться вопросом, почему мы не приобретаем его всё время.

Кто знает будут ли люди когда-либо пытаться что-то построить с помощью гигатехнологии?

Но люди уже говорят о нанотехнологии.

Так же, как "гига" значит миллиард, "нано" значит одна миллиардная.

Нанотехнология означает проектирование вещей, которые в миллиарды раз меньше их строителей.

Есть люди - и передовые люди, не все последователи теченя "новый век" или религиозные фанатики - которые сейчас говорят, что нечто похожее на Рисунок 9.5 будет реальным в не очень отдаленном будущем.

Если они правы, едва ли есть область человеческой жизни, которая не будет кардинально затронута.

Например, лечение.

Современные хирурги - весьма умелые люди с чувствительными, точными инструментами.

Удалить хрусталик глаза, когда тот замутняется катарактой, и заменить его другим, как делают современные хирурги - это проявление поразительного мастерства.

Инструменты, которые они используют, впечатляюще тонкие и точные.

Но в сравнении с масштабами нанотехнологии, они всё еще чрезвычайно грубые.

Послушайте Эрика Дрекслера, американского ученого, появившегося как глашатай нанотехнологии, поскольку он использует нано-масштабный взгляд на современный скальпель и хирургическую нить.

Современные скальпели и нити просто слишком грубы, чтобы ремонтировать капиляры, клетки и молекулы.

Подумайте о "утонченной" хирургии с точки зрения клетки: огромное лезвие устремляется вниз, рассекая вслепую, где попало, молекулярное оборудование толпы клеток, безжалостно убивая тысячи.

Позже большой обелиск ныряет через разделенную толпу, протягивая за собой кабель толщиной с товарный вагон, чтобы снова закрепить толпу этим канатом.

С точки зрения клетки, даже самая утонченная хирургия, выполняемая тонкими ножницами и с большим мастерством, всё же представляет собой работу мясника.

Только способность клеток ликвидировать своих мертвецов, перегруппировываться и преумножаться делает хирургию возможной.

"Обелиск", конечно, это острая хирургическая игла, а кабель толщиной с товарный поезд - тонкая хирургическая нить.

Нанотехнологии дают надежду на создание хирургических инструментов, достаточно маленьких, чтобы работать в том же масштабе, что и сами клетки.

Такие инструменты были бы слишком крошечными, чтобы управляться с ними пальцами хирурга.

Если нитка имеет толщину товарного поезда в масштабе клетки, представьте, насколько толстыми были бы пальцы хирурга.

Там должны быть маленькие автоматические механизмы, крошечные роботы, наподобие миниатюрных версий промышленных роботов, которые мы встречали раньше в этой главе.

Теперь такой маленький робот может прекрасно справляться с ремонтом, скажем, красных кровяных телец.

Но есть устрашающая армия красных кровяных телец, которых вылечивает робот, примерно 30 миллиардов в каждом из нас.

Так как же может с этим справиться маленький нанотехнологический робот?

Вы уже должны догадаться: благодаря экспоненциальному размножению.

Есть надежда, что нанотехнологический робот использовал бы тот же самый метод саморазмножения, что и сами кровяные клетки.

Этот робот клонировал бы себя, делал бы свою копию.

Используя силу экспоненциального роста, популяция роботов, предположительно, взлетела бы до миллиардов, точно так же, как возрастает до миллиардов популяция красных кровяных телец.

Такие нанотехнологии - дело будущего, и, возможно, они никогда не будут достигнуты.

Причина, по которой ученые, представляющие нанотехнологии, считают, что их стоит разрабатывать, в следующем.

Они знают, что какими бы чуждыми и инопланетными они нам ни казались, их аналог уже работает в наших клетках.

Мир ДНК и белковых молекул - это мир, действительно влияющий на масштабы того, что мы, если бы это сделали, назвали бы нанотехнологиями.

Когда врач делает вам прививку иммуноглобулина, чтобы не дать вам подхватить гепатит, врач загружает в ваш кровоток естественные аналоги нанотехнологических инструментов.

Каждая молекула иммуноглобулина - это сложный объект, который,

подобно любой другой белковой молекуле, в своей работе зависит от своей формы (Рисунок 9.6).

Эти маленькие медицинские инструменты работают только потому, что их миллионы.

Они должны массово производиться - клонироваться - используя методы экспоненциального популяционного роста.

В данном случае, это биологические методы: например, их часто вырающивают в крови лошадей.

Другие вакцины подстегивают собственную тенденцию тела клонировать антитела, подобные лошадинным иммуноглобулинам.

Есть надежда. что инструменты нанотехнологии, довольно сильно напоминающие миниатюрные промышленные роботы, тоже могли бы клонироваться с помощью умело разработанных искусственных методов.

Нанотехнология кажется нам очень странной, почти невероятной.

Мир машин там, на уровне атомов, кажется тревожно чуждым миром, более странным, чем жизнь на других планетах, представляемая писателями-фантастами.

Нанотехнологии для нас - это что-то, что может появиться в будущем.

Это что-то захватывающее, возможно, немного страшное и явно новое.

Но на самом деле нанотехнологии далеко не новые и не внеземные, они древние.

Это мы - большие вещи, новые, инородные, странные.

Мы продукты совершенно новой (лишь несколько сотен миллионов лет) гигатехнологии (гига с точки зрения наших генов).

По сути, жизнь базируется в наномире очень маленького (нано с нашей точки зрения), мире молекул белка, сделанных по инструкциям молекул ДНК, и контролируемых взаимодействиями других молекул.

За нанотехнологиями будущее.

Давайте вернемся к основной идее этой и предыдущей главы.

Гены слона или человека, как и гены вируса, могут рассматриваться как компьютерная программа "сделай мою копию".

Ген вируса - это закодированные инструкции, которые говорят (если они паразитируют на слоне): "Клетки слона, сделайте мою копию".

Гена слона говорят: "Клетки слона, сотрудничайте, чтобы сделать нового слона, который, в свою очередь, должен быть запрограммирован сделать и вырастить больше слонов, запрограммированных, чтобы делать мои копии".

Принцип тот же.

Просто некоторые программы "сделай мою копию" более опосредованные, чем другие.

Только паразитические программы могут позволить себе быть краткими, потому что они используют готовое оборудование для выполнения их инструкций.

Гены слона - не столько непаразитические программы, сколько взаимно паразитирующие подпрограммы.

Гены слона похожи на гигантские колонии взаимоподдерживающих вирусов.

Каждых из генов слона играют роль, не большую, чем роль, которую играет вирусный ген.

Каждый играет свою собственную, маленькую роль в совместном создании оборудования, необходимого им всем для выполнения их программы.

Каждый из них процветает в присутствии других.

Гены вируса также процветают в присутствии набора сотрудничающих генов слона, но они не вносят ничего положительного взамен.

Если бы они это делали, то мы, вероятно, должны были бы называть их не генами вируса, а генами слона.

Иначе говоря, каждое тело содержит социальные и антисоциальные гены.

Антисоциальными мы называем гены вируса (и другие виды паразитических генов).

Социальные - это те, которые мы называем генами слона (человека, кенгуру, платана и др.)

Но сами гены, будь то социальные или антисоциальные, будь то гены вируса или "собственные" гены, являются всего лишь инструкциями ДНК, и все они говорят, в той или иной форме, всеми правдами и неправдами, кратко или многоречиво: "Сделай мою копию".

Переведено на Нотабеноиде
http://notabenoid.org/book/30651/105258

Переводчики: cosinus, Irina73, Anjelika9, Matus