Эволюция и эгоистичный ген

Нашу планету населяют самые разношерстные существа.

Оценки разнятся: от 1 до 9 миллионов видов. А за всю историю жизни на Земле видов было еще больше, но 99% уже вымерли.

Судьба отдельных видов определяется в ходе эволюционного отбора. Именно эволюция определяет, кто продолжает свое существование, а кто попадает в палеонтологические музеи.

Но как именно это происходит? Проблема в том, что законы эволюции будто бы спрятаны в черном ящике. Что происходит внутри него — непонятно. «Ничто в биологии не имеет смысла кроме как в свете эволюции» — но без настоящего понимания эволюции никакого «света» не случается, и рандомные факты из биологии кажутся абсолютно несвязанными друг с другом. Например, попробуйте сложить это все в единый пазл:

Происходит борьба между видами. Волки и рыси охотятся на косуль, и при этом конкурируют между собой — а косули поедают желуди, осложняя процесс размножения у дубов. При этом дубы сидят в глухой обороне — и постепенно меняют цвет своих желудей, чтобы их было сложнее найти в осенней траве.

Внутри стаи животных происходит сотрудничество. Летучие мыши делятся своей добычей с соплеменниками, которые приболели и не пошли на охоту, а те взамен вычесывают их от блох. А рабочие пчелы и вовсе жертвуют собой: нападают на грабителей мёда, и обрекают себя на гибель из-за невозможности вытащить жало.

Внутри стаи животных происходит борьба. Индивидуальные особи продолжают между собой конкурировать — например, два волка дерутся за статус альфы.

Скорее всего, это слабо укладывается в единую картину.

Но есть хорошая новость: существует одна крутая теория, которая помогает уложить все эти фрагменты знаний (и многие другие) в единый эволюционный пазл.

Теория называется «Генетический Отбор», и впервые была подробно описана в книге «Эгоистичный ген» биолога-эволюциониста Ричарда Докинза.

Суть теории Генетического Отбора в том, что ген — это основной игрок в эволюционном отборе. Ген, как самостоятельная единица, заботится лишь о своих интересах. И эволюция всецело поддерживает его эгоизм.

На уроках биологии роль генов сводят к функции размножения. Будто это лишь некий механизм для продолжения потомства, как волосы — механизм для удержания тепла.

Но на самом деле ген всех обманул. Это он главный герой, а все остальные — не более, чем его марионетки.

Ген стремится к созданию максимального количества копий себя. Также он хочет, чтобы эти копии просуществовали максимально долго. Ради этих двух целей он готов пойти на все что угодно, и поэтому некоторые исследователи называют его «эгоистичный ген».

Хочет он этого, конечно же, не на уровне желаний. Ген — бесчувственная молекулярная структура. Говоря «хочет», я имею в виду только его внешнее поведение. И это поведение проистекает исключительно из его устройства.

Итак, ген копирует себя, и стремится завалить своими копиями все существующее пространство на максимально долгий срок.

Что конкретно делает ген ради максимального распространения своих копий?

Зависит от конкретного гена. Некоторые из них объединились в небольшую структуру, агрессивную банду, которая путешествует по миру и вторгается в одноклеточные организмы.

Захватив клетку, такая генетическая банда пожирает ее ресурсы.

Если же банда словила джек-пот и вторглась в многоклеточный организм, то она начинает там плодиться и подселять своих клонов-поддельников в отдельные клетки. И уютно там обустраиваться — так, будто это их дом.

Если это совсем лютая банда, пережившая множество мутаций и тысячелетия эволюционного отбора, значит, она научилась профессионально размножаться. Такие банды из генов используют многоклеточные организмы не только как свой дом или транспорт, но и как своего рода пушку, в которую можно зарядить часть своих клонов и запустить в другой многоклеточный организм. Например, заставив его чихнуть в автобусе — и тем самым сбросить десант на чужую территорию.

Вы уже поняли: речь идет о вирусе. Это действительно всего-навсего набор генов, которые научились выживать автономно и вести кочевнический образ жизни.

Вирус — это типичный репликатор. Эволюционные биологи называют репликатором любую структуру, которая умеет генерировать свои реплики, то есть, копипастить саму же себя.

Не каждый объект может быть репликатором. Песчинка так не умеет, камень тоже себя не клонирует.

Чтобы себя регулярно воспроизводить, цепочка из молекул должна быть настолько удачно составлена, чтобы при столкновении с другими более-менее распространенными молекулами происходила химическая реакция. В ходе такой реакции подобранные молекулы должны стать строительными блоками, и на выходе вместо одного репликатора должно получиться два, с такими же свойствами.

Чтобы из хаоса создать первые простейшие репликаторы, эволюции потребовались миллионы лет брожения атомов и молекул в первичном бульоне — а также удачные обстоятельства, вроде ультрафиалетового излучения солнца и электрических разрядов в виде молний.

Но однажды звезды сошлись, и на Земле родился первый репликатор в истории.

И кстати, ученым удалось отчасти повторить этот процесс в лаборатории. Они воссоздали максимально близкие условия в сосуде, и через некоторое время там из случайности и хаоса зародились аминокислоты: первичные блоки, из которых строятся белки. А еще там зародились другие органические вещества — пурины и пиримидины — кирпичики, из которых строятся ДНК.

Репликаторы создают идентичные себе копии, но иногда допускают ошибки — и так возникают мутации. Как правило, такая мутация убивает неудавшегося клона. Но изредка происходит обратное: репликатор приобретает новые свойства, которые дают ему преимущества в большой эволюционной игре на выживание. Теперь этот репликатор имеет все, для того чтобы распространиться больше, чем его предок. Поэтому мутации могут быть полезны.

Между репликаторами идет ожесточеная конкуренция. Четыре миллиарда лет назад, в первичном бульоне, было много полезных веществ — репликаторы их радостно подбирали и использовали как строительные блоки.

Довольно быстро ценных молекул стало меньше и началась борьба за выживание. Одни репликаторы в ходе мутаций стали хищниками: они приобрели способность разрушать своих конкурентов, и расщеплять их на еду с помощью химических реакций.

И однажды один репликатор мутировал так, что вокруг него появилась мембрана — защитная оболочка из белков. Ему стало проще выживать в мире молекулярных хищников, и более того, он получил почетное звание «архитектор первой клетки на Земле».

Ну, возможно я поторопился с номинацией, ведь все-таки до полноценной клетки этому парню было еще далеко. У него не было различных органелл или ядра. Но — первый камень был заложен. Остальное дело удачных мутаций.

Особо удачливые гены превратили свои клетки в полноценные машины — способные быстро передвигаться в окружающей среде, поглощать сложную пищу, расщеплять ее на питательные элементы и запасаться энергией на черный день.

В общем, прошло время, и репликаторы условно разделились на два больших лагеря: вирусы и гены в одноклеточных организмах.

Первый лагерь пошел по пути кочевничества и регулярных набегов на клеточные организмы. Представители второго лагеря продолжили развиваться внутри своих белковых пузырей.

Но настоящий прорыв случился позже.

Что произошло? Революция: две клетки объединились в один организм. Их владельцы, идентичные гены, позволили совершиться такому альянсу — опять-таки, благодаря определенным мутациям в прошлом. Так гены обзавелись крупной многоклеточной машиной из множества отсеков.

Эта машина играет роль транспорта, укрытия и механизма для размножения эгоистичных генов. Одними из первых подобных машин стали простейшие водоросли, правда, двигаться они все еще не умели.

Но с миллионами лет эволюции появились и другие, более сложные биологические машины.

Как? Усложнившиеся гены превратились в ДНК, супер-навороченные версии репликаторов. Они научились автоматически обмениваться биохимическими сигналами, координировать развитие организмов-носителей и работу отдельных клеток. Они закодировали в своей структуре инструкции по сбору своего тела-оболочки, так, чтобы конкретные клетки-заводы специализировались на конкретных функциях и согласовывали свою работу, объединяясь в органы и ткани. Так ДНК стали круче всех других репликаторов на эволюционной арене.

Возможно, вам трудно себе представить, что все эти сложнейшие процессы могут происходить автоматически. Вот вам отличное видео, которое показывает работу подобной клетки-завода:

Досмотрите до конца — роботы-курьеры взрывают мозг

Клетки выглядят как молекулярные заводы, в которых все задачи выполняют маленькие роботы. А управляют ими гены, сидящие внутри клеточных ядер.

В общем говоря, каждый организм — это всего-навсего биологическая машина, созданная генами для их же эгоистических целей. Каких целей? Личное выживание и размножение. А что там происходит с организмом, счастлив ли он, или ему откусила голову самка богомола после спаривания — не столь уж и важно.

Все свойства организмов возникли в ходе мутации генов.

Те мутировавшие гены, которые делали своего носителя более эффективным для их целей, продолжали существовать — так и зарождались новые фичи.

Те мутировавшие гены, которые делали своих носителей менее адаптированными под конкретные условия окружающей среды, отправляясь в небытие, отправляясь на дно со своими организмами-носителями.

Учитываются ли здесь интересы собственно самих биологических машин выживания?

Нет. Вообще никоим образом. Они лишь запрограммированы на то, чтобы распространять гены и поддерживать их существование максимально долго — и порой эта программа заставляет их жертвовать собой.

Например, каждая пчела готова пожертвовать собой, если ее улею грозит опасность. Ей за это не возведут посмертный памятник. Про ее подвиг вообще никто не вспомнит — но алгоритм, заложенный генами в ее голову, отправит машину-носителя на самоубийство.

Почему? Не приведет ли это к гибели генов, которые стремятся максимизировать количество своих копий? Вроде как да, и получается противоречие.

Действительно, из-за жертвы одной пчелы-носителя часть генов погибнет. Но благодаря этой жертве множество копий тех же самых генов останется целой. Происходит это потому, что эти же гены сидят не только внутри конкретной пчелы, отправленной на оборону улея — но и в телах всей ее родни.

Более того: эволюция способствовали отбору тех генов, которые программируют своих носителей на оптимальные жертвы. То есть, такие жертвы, благодаря которым общее количество копий генов будет максимизироваться.

Поэтому в ходе эволюционной мясорубки выжили те особи, которые умеют отказываться от своей личной выгоды, или даже рисковать ради своих родных.

Как именно это произошло?

Существует закон, который определяет, в каких случаях отдельной особи оптимально жертвовать собой или своими ресурсами, или рисковать своей жизнью.

Оптимально — с точки зрения эгоистичных генов, стремящихся максимизировать свое количество копий, пусть даже ценой неудобства носителей-животных. Этот закон открыл известный биолог Гамильтон, и он отлично предсказывает логику альтруизма живых существ.

В чем суть закона Гамильтона?

Представим себе древнего человека.

А теперь представим, что его похители и клонировали. Теперь у нас есть два древних человека.

Их гены будут совпадать на 100%, поскольку оба древних человека — клоны. Точно такая же ситуация будет в том случае, если два древних человека окажутся однояйцевыми близнецами.

А теперь представим себе более типичную ситуацию. У нас есть один древний человек, и он нашел себе женщину. Как результат знакомства — у них родился ребенок.

Внутри отца и мамы сидят уникальные наборы генов. Как формируется набор генов у ребенка? Если упростить ситуцию, то примерно так: ему достается часть генов от каждого из родителей, причем содержимое каждой из этих частей — чистая случайность.

Чисто статистически, ребенку в среднем достается 1/2 генов от отца, и 1/2 генов от матери.

И далее, когда он вырастет, он родит своих детей, и каждый из них будет в среднем нести 1/4 генов своего бородатого дедушки.

Эти доли называются степенями родства. Их можно рассчитать для каждого из наших родственников. Чем больше промежуточных шагов от нас до какого-либо из родственников по общему генеологическому дереву, тем ниже степень родства. Каждый шаг понижает ее в два раза.

Например, степень родства вас и вашего двоюродного брата равна 1/8, а троюродного брата составляет всего лишь 1/32. Более далекие степени родства — это уже такие родственники, с которыми ваш геном будет совпадать в той же степени, как и с любым случайным прохожим на улице.

Почему такие расчеты важны? Помимо судебных разбирательств, они также важны для ваших эгоистичных генов. Ведь для каждого отдельного гена степень родства — это вероятность того, что копия этого же гена встречается в вашем родственнике.

Предположим, что у меня есть ген, отвечающий за низкий бархатный голос.

С точки зрения интересов конкретно этого эгоистичного гена, мне его надо всячески защищать. Например, в экстремальной ситуации пожертвовать собой.

Не факт, что есть смысл убиваться ради одного брата, ведь в таком случае я размениваю 100% гарантию существования гена «бархатный голос» на 50% вероятность. Но вот спасти трех родных братьев, пусть даже ценой жизни, смысл есть: в среднем, через них спасется полтора экземпляра данного гена.

И все же вряд ли ген, отвечающий лишь за низкий бархатный голос, способен влиять на принятие столь важных решений о жизни и смерти. Справедливо.

И все же биологи допускают наличие генов, которые задают базовые альтруистические программы и управляют нашей склонностью к самопожертвованию. Назовем этот милый генетический набор так: «Гены самопожертвования».

Можно предположить существование различных вариаций генов самопожертвования, которые задают различные правила:

— Когда надо жертвовать собой — Когда надо рисковать

— Когда надо делиться ресурсами

С точки зрения общей логики эволюции, устойчиво могут существовать и процветать только те гены самопожертвования, которые соответствуют закону Гамильтона.

Другими словами, если в отдельной популяции прижилась неудачная вариация генов самопожертвования, то такая популяция вскоре вымрет, и эти гены вместе с ними.

Например, если в подобной бедной популяции из хомячков родители не будут готовы жертвовать собой ради трех детей-хомячков, или наоборот, с радостью пожертвуют своей жизнью ради дяди-хомяка, то с каждой подобной дилеммой будет происходить неоправданное сокращение копий неудачного набора генов самопожертвования.

А при выполнении закона Гамильтона в долгосрочной перспективе количество копий генов самопожертвования будет расти, а стало быть, подобные алгоритмы суицидного альтруизма будут распространяться.

Конечно же, подобные дилеммы не сводятся к вопросу тотального самопожертвования — иногда животному надо решить, а надо ли брать на себя небольшой риск ради своих родных? Например, маленький птенец должен автоматически принять решение о том, стоит ли громко пищать, если он нашел еду, а где-то поблизости бродят его братья и сестры (но также неподалеку может быть хищник, которого писк также привлечет). Гены должны задать некое автоматическое правило на этот счет.

Или: как животному решить, отдать ли родственнику кусочек еды?

Птицы с радостью кормят своих птенцов в гнезде, но ведь при этом они по сути ничего не приобретают — индивидуальные шансы на их выживание падают с каждым отданным червячком. Зато шансы на выживание генов-реплик возрастает, в том числе конкретно того гена, который задал птице правило «корми птенцов в гнезде, когда те открывают свой клюв».

При этом гены программируют нас не только на помощь родным. Иногда животные рискуют собой, кидаясь на помощь соплеменникам — даже если это не родственники.

Почему так происходит? Дело в том, что внутри небольшой группы велик шанс на то, что любая случайная особь является вашим родственником и несет ваши гены. А в далеком прошлом размеры групп были небольшими, в среднем не более 150 человек. У шимпанзе — не более 50 особей. И в группе таких размеров довольно страшно увидеть, что кто-то в беде, особенно если это ребенок — вдруг он ваш? Стало быть, и ваши гены тоже под угрозой.

Шанс на это есть всегда, а действовать надо быстро, без анализа ситуации, поэтому мы склонны рисковать и идти на подмогу членам своей группы.

Так эгоистичный ген заставляет животных автоматически помогать всем, кто на них похож — чисто ради подстраховки. Дадим микрофон Ричарду Докинзу:

Киты и дельфины тонут, если они не имеют возможности дышать воздухом. Неоднократно наблюдали, как детенышей китов и раненых животных, которые были не в состоянии сами подплыть к поверхности воды, поддерживали товарищи по стае, спасая их от гибели. Мы не знаем, имеются ли у китов какие-то способы распознавать своих близких родственников, но это, возможно, не имеет значения. Быть может, полная вероятность того, что случайный член данного стада — родственник спасающих его индивидуумов, так велика, что затраты на альтруизм оправдывают себя.

Все эти поведенческие алгоритмы могут показаться достаточно сложными. Кажется, необходимо учитывать огромное количество параметров. И если прописать наблюдаемые алгоритмы в виде компьютерного кода, которому повинуются даже самые простые биологические машины, то получится нечто невообразимо сложное.

Энтони Хопкинс в «Мире дикого запада» смог сотворить нечто подобное, запрограммировав андроидов на сложнейшие модели поведения, но слепая и хаотичная эволюция — едва ли на это способна. Но ей это и не нужно. Алгоритм по своей сути не обязательно должен быть сложным, чтобы животное демонстрировало сложное поведение. Докинз описывает это на отличном примере:

Животное может быть запрограммировано таким образом, что оно ведет себя, как если бы оно производило сложные вычисления. Вообразить это не столь уж сложно, как может показаться. Когда человек подбрасывает мяч высоко в воздух и вновь ловит его, он ведет себя так, как если бы он решал систему дифференциальных уравнений, определяющих траекторию мяча. Он может не знать, что такое дифференциальное уравнение, и не стремиться узнать, но это никак не отражается на его искусстве играть с мячом.

Эволюция использует топорные решения. К сожалению, она не способна вбить код, который бы регламентировал принятие решений в каждой сложной ситуации.

Все обстоит иначе: эволюция как бы вслепую долбит по клавиатуре, и шаг за шагом генерирует грубые неаккуратные строчки кода — через случайные мутации генов.

Эти куски кода — супер-упрощенные эвристики, то есть некие методы, которые лишь внешне напоминают работу сложных алгоритмов, но по сути своей крайне примитивны, и поэтому дают ошибки. И с каждой новой мутацией эволюция смотрит, работает ли очередная строка кода, или нет. И если нет, то удаляет ее через смерть живого носителя. У выживших носителей в ДНК сохраняется слегка обновленная версия программы, но из-за небрежности генетического кода такие эвристики нередко приводят к сбоям в поведении.

Например, среднестатистическая птица имеет простейшие программы в своей голове — «заботиться о всех яйцах, лежащих в моем гнезде», и «кормить всех детенышей, вылупившихся из выхоженных мною яиц».

Из-за этой тупой программы серебристые чайки ведут себя глупо: на автомате ухаживают за чужими яйцами птиц, или даже за деревяными мячиками, которые ей подкидывают в гнездо злые ученые. А певчие птицы ухаживают за детьми кукушки, потому что они автоматически реагируют на триггер «положить червяка в открытый клюв в моем гнезде любой ценой». Издержки плохо написанного кода, увы, но по-другому эволюция не умеет.

А что касается людей — то тут все немного сложнее.

Эгоистичные гены все еще оказывают на нас фундаментальное влияние. В основе наших эмоций и базовых инстинктов лежат программы, написанные генами в своих коварных целях. Многие программы мы приобрели миллионы лет назад, когда были обезьянами, или еще давнее, когда были простейшими существами с примитивной нервной системой.

Но с появлением мышления мы осознали себя — и приобрели способность преодолевать влияние этих программ. Мы можем бороться против прихотей эгоистичных генов.

Боремся с ними мы не так успешно, как хотелось бы.

Но в целом мы умеем делать выбор в пользу своих целей, и подавлять инстинктивные импульсы. Мы можем себя контролировать — например, отказаться от куска пиццы, борясь с лишним весом, в то время как гены говорят нам — «в любой непонятной ситуации ешь жирную вкусную пищу, чтобы запастись калориями».

Или встать в 5:00 на пробежку для подготовки к марафону, в то время как гены говорят «просыпайся в соответствии со своими циркадными ритмами, не раньше».

А есть люди, которые и вовсе делают довольно-таки радикальные вещи, которые в корне противоречат интересам эгоистичных генов. Например, принимают целибат, отказавшись тем самым от продолжения рода.

Животные на такое точно не способны.

Резюмируем теорию генетического отбора:

— Эгоистичный ген — это основная единица эволюционного отбора (а не вид, группа или индивидуальная особь). Вся борьба или кооперация на более высоких уровнях по сути своей лишь отражение деятельности эгоистичных генов — Каждый ген стремится к максимально большому количеству реплик себя, и максимально долгому их существованию — Те гены, которые стремились к чему-то другому, довольно быстро сошли с дистанции. Мы просто не видим и не можем видеть те гены, которые хотят чего-то другого. На протяжении миллионов лет достаточной устойчивостью обладает только лишь цель по агрессивной экспансии — Индивидуальные особи — это лишь транспорт и инструмент для выживания эгоистичных генов — В ходе мутаций гены совершенствуют свои белковые машины для выживания, придавая телам новые свойства и алгоритмы поведения — В кризисной ситуации одна белковая машина может пожертвовать собой ради другой, если чистый эффект от такого самопожертвования приведет к большей выживаемости эгоистичных генов — Наша свобода воли сильно ограничена программами эгоистичных генов, но мы способны им сопротивляться

Надеюсь, вы по достоинству оценили сложившийся пазл. История об эволюции, рассказанная от лица эгоистичного гена, обретает куда больший смысл и глубину.

Конечно, это довольно-таки мрачный взгляд на нашу природу. Если вдуматься, то можно ощутить себя на пару минут андроидом из «Мира дикого запада», который узнал о своей природе. Нам не очень приятна мысль о том, что на базовом уровне нами управляет написанный кем-то программный код, подталкивающий нас к неким целям, которые выбрал за нас кто-то другой.

Такой взгляд грозит экзистенциональным кризисом. А кто любит экзистенциональные кризисы? Никто не любит экзистенциональные кризисы.

Впрочем, надежда все же есть. Мы способны освободиться из-под диктата эгоистичных генов — и именно для этого столь важно осознавать их влияние.

Человек обладает силой, позволяющей ему воспротивиться влиянию эгоистичных генов, имеющихся у него от рождения… Мы способны даже намеренно культивировать и подпитывать чистый бескорыстный альтруизм — нечто, чему нет места в природе, чего никогда не существовало на свете за всю его историю. Мы построены как машины для генов…, но мы в силах обратиться против наших создателей. Мы — единственные существа на земле, способные восстать против тирании эгоистичных репликаторов.