Чтение онлайн

В беспорядочных системах слишком много неопределенности, и потому они не могут поддерживать жизнь — им попросту недостает организации, необходимой для создания регулируемых и интегрированных физиологических процессов.

На шкале жизни беспорядок и порядок представляют две крайности, а хаос находится точно посередине. При сопоставлении этой шкалы со шкалой предсказуемости неопределенность соответствует беспорядку, а детерминизм — порядку.

Если взять другую крайность — полную упорядоченность, жизнь не может развиваться в рамках жесткой кристаллической системы, поскольку такая система не предлагает динамизма, необходимого живым организмам. Жизни требуется в меру структурированная система (вспомните сказку «Три медведя», где девочка искала себе место, которое было бы ей «в самый раз») [38] — и такая система присутствует в плодородной предсказуемости динамичного контролируемого хаоса.

То, насколько мы в состоянии предсказывать судьбу системы, зависит от уровня ее организации. Если мы понимаем организационную структуру, лежащую в основе упорядоченной системы, то можем точно описывать ее прошлые и будущие состояния. Между тем точно предсказывать состояния беспорядочных систем сложно, если вообще возможно. Степень организации системы (и, следовательно, возможность предсказывать ее судьбу) определяется механикой, то есть физикой, управляющей ее функционированием. Системам, описываемым законами ньютоновой физики, свойственны полный детерминизм и порядок; тогда как системам, описываемым законами квантовой физики, присуща неопределенность.

В противоположность обоим этим случаям хаотическим системам присущ как порядок, так и беспорядок. Иными словами, они формируются под влиянием как квантовой физики, так и ньютоновой. Как мы отмечали в главе 5 «Имеет смысл лишь то, что материально», когда квантовая механика утвердилась в физической науке, она не опровергла ньютонову физику, но интегрировала ее как свой частный случай. Что касается того, какая механика (квантовая или ньютонова) действует в хаотичных структурах, то здесь имеет место не ситуация типа «или — или», а «и — и».

Другими словами, судьба живых систем одновременно подвержена влиянию как детерминированных процессов, так и процессов, обусловленных фактором неопределенности. Возможно, вы уже начинаете понемногу замечать одну характерную черту описываемого нами нового научного подхода: противоположные точки зрения — такие, как намерение и случайность, теория Ламарка и теория Дарвина, материя и дух, а теперь еще ньютонова механика и квантовая физика, — объединяются для создания единого холистического толкования мира.

В физической Вселенной, как ее описывает ньютонова механика, динамика взаимодействия материальных частиц аналогична взаимодействию бильярдных шаров. В такой Вселенной математик или человек с талантами легендарного бильярдиста Миннесоты Фэтса может предсказать или предопределить поведение всех шаров после их столкновения.

Исходя из предположения, что элементарные частицы Вселенной ведут себя приблизительно так же, как «наношары для бильярда», французский математик Пьер-Симон Лаплас разработал концепцию научного детерминизма. В общих чертах теория Лапласа состоит в следующем: если бы в какой-то момент мы знали взаимное расположение и скорость движения всех частиц — бильярдных шаров — во Вселенной, то могли бы вычислить их поведение в любой другой момент прошлого или будущего. Имея достаточно данных о предыдущих событиях, мы с помощью соответствующего математического аппарата можем моделировать поведение динамических систем и делать точные предсказания их состояний в будущем. Концепция научного детерминизма предполагает, что любые события — в том числе обстоятельства человеческой жизни, все наши действия и решения — являются неизбежными линейными следствиями предыдущих событий.

Однако тут-то и обнаруживается муха в сиропе. Согласно Дарвину, эволюция основана на случайных мутациях, которые происходят независимо от среды. И это, кажется, противоречит лапласовой модели предсказуемой Вселенной. Теория Дарвина делает особое ударение на том, что среда не оказывает никакого влияния на результат мутации. Основанная на случайности эволюция представляет собой непредсказуемый фактор во Вселенной — что-то вроде мотылька, который внезапно приземлился на бильярдный стол и оказался на пути шара, изменив ход, казалось бы, предопределенной игры.

Обсуждавшиеся выше идеи Кэйрнса по поводу адаптационных мутаций, посредством которых организмы активно эволюционируют, приспосабливаясь к среде, ставят под сомнение материалистическую концепцию случайной эволюции. Недавние исследования адаптационных мутаций показали, что генетически идентичные бактерии, помещенные в разные культуры с одинаковыми стрессовыми факторами, следуют параллельными эволюционными курсами, которые приводят к одинаковым результатам и определяются тем, какие ниши для выживания в среде им доступны. Эти примечательные открытия согласуются с идеей Лапласа о возможности предсказывать будущее; если бы мы собрали достаточно информации об исходных условиях в этой стрессовой среде, то могли бы с высокой точностью предсказывать направление эволюции бактерий в каждой из культур.

В определенном смысле медицина задает направление эволюции вот уже в течение сотни лет. Всякий раз, когда врачи вкалывают пациенту вакцину, они тем самым целенаправленно воздействуют на эволюцию генов его иммунной системы. Комбинируя определенные антигены вирусов и бактерий в вакцине, они побуждают иммунную систему создавать точно структурированные протеины-антитела, которые целенаправленно связываются с этими антигенами и помечают их как подлежащие уничтожению.

Важно отметить, что до вакцинации у прививаемого не имелось генов, в которых была бы закодирована протеиновая структура данной разновидности антител. Скорее следует говорить, что они сформировались благодаря тому же адаптивному процессу соматической гипермутации, который наблюдался у бактерий Кэйрнса. Ученые целенаправленно управляют генетическими мутациями антител и тем самым контролируют эволюцию иммунной системы. Подобным же образом микробиологи управляют эволюцией, когда помещают бактерии в специфические условия, чтобы создать мутантов, способных поедать нефтяные пятна и другие факторы загрязнения окружающей среды.

Исходя из предположения, что Вселенная детерминистична, профессор Массачусетского технологического института Эдвард Лоренц — один из пионеров теории хаоса — в 1960-е годы, используя сравнительно простые уравнения ньютоновой физики, создал математическую модель погодных систем, позволяющую давать более точные предсказания погоды. Лоренц запрограммировал компьютер на решение этих уравнений с точностью до седьмого знака после запятой и стал получать распечатки со вполне ожидаемыми предсказаниями.

Однако наиболее важное открытие было сделано, когда однажды из-за нехватки времени он, чтобы ускорить обработку информации, округлил свои данные до четвертого знака после запятой. В результате компьютер выдал совсем не такие результаты, как ожидалось. Изменив данные менее чем на одну тысячную от единицы измерения, Лоренц на выходе получил совсем другие выводы. То есть то, что вначале кажется пренебрежимо малой разницей, может оказать решающее влияние на результат. Использовав округленные данные, Лоренц по воле случая открыл явление, которое подтолкнуло его к созданию концепции чувствительности, которая стала ключевой для понимания поведенческих моделей сложных динамических систем. Суть в том, что малейшие различия в исходных условиях могут привести к колоссальным последствиям, которые воспринимаются как случайные. Таким образом, многое из того, что мы считаем случайностью, на самом деле вполне предсказуемо — если у нас есть достаточно чувствительные средства для регистрации исходных данных.