Как и муравьи, термиты живут большими колониями, состоящими главным образом из бесплодных бескрылых рабочих, посвящающих свою жизнь эффективному воспроизводству крылатой репродуктивной касты, которая разлетается для основания новых колоний. Интересное различие: у муравьёв рабочие — это бесплодные самки, а у термитов это и самки и самцы, тоже бесплодные. В колониях и муравьёв, и термитов есть одна (или иногда несколько) увеличенная «царица», иногда (и у тех, и у других) увеличенная гротескно. И у муравьёв, и у термитов рабочие могут включать в себя специализированные касты, типа солдат. Иногда они — такие специализированные боевые машины, особенно в части своих огромных жвал (у муравьев; у термитов же — «орудийные башни» для химической войны), что они неспособны самостоятельно питаться, и их кормят рабочие не-солдаты. Конкретные виды муравьёв параллельны конкретным видам термитов. Например, привычка к разведению грибов возникла независимо у муравьёв (в Новом Свете) и у термитов (в Африке). Муравьи (или термиты) добывают растительный фураж, который сами не переваривают, а превращают в компост, на котором они выращивают грибы. Вот эти грибы они и едят. Эти грибы, в обоих случаях, не растут нигде, кроме как в гнёздах муравьёв или, соответственно, термитов. Навыки грибоводства также были изобретены независимо и конвергентно (более чем однажды) несколькими видами жуков.
Есть также интересные конвергенции у самих муравьёв. Хотя большая часть муравьёв живут размеренной жизнью в неподвижном гнезде, но ведь можно успешно жить огромными блуждающими армиями разбойников. Это называется повадками легионеров. Очевидно, что все муравьи выходят с целью сбора фуража, но у большинства видов они возвращается к неподвижному гнезду с добычей, а царица и молодняк остаются в гнезде. Ключевая особенность муравьёв-легионеров в том, что их армии берут молодняк и царицу с собой. Яйца и личинок рабочие несут в жвалах. В Африке повадки легионеров выработали так называемые муравьи-погонщики. В Центральной и Южной Америке параллельные им «бродячие муравьи» очень похожи на муравьёв-погонщиков в привычках и внешне. Они не являются близкими родственниками. Конечно, они развили «армейские» навыки независимо и конвергентно.
Колонии, и у муравьёв-погонщиков и у бродячих муравьёв, исключительно велики, до миллиона у бродячих, и примерно до 20 миллионов у погонщиков. У обоих наблюдаются кочевые фазы жизни, чередующиеся с фазами покоя, сравнительно стабильными стоянками лагерем или «биваком». И бродячие муравьи, и муравьи-погонщики или, скорее, их колонии, понимаемые как совокупность амёбоподобных единиц, — это ужасные и безжалостные хищники своих джунглей. И те, и другие, разрывают на кусочки всё живое на своём пути, и оба вызывают мистический ужас в своих краях. Сельские жители в некоторых местах Южной Америки при приближении большой армии муравьёв традиционно предпочитают освободить свои деревни, закрыв и спрятав запасы, и возвращаться, когда эти легионы пройдут, вычистив каждого таракана, паука и скорпиона, даже из соломенных крыш. В детстве я жил в Африке и помню, что больше боялся муравьёв-погонщиков, чем львов или крокодилов. Есть смысл осознать эту мрачную репутацию в свете слов Эдварда О. Уилсона — не только автора «Социобиологии», но и общепризнанного мирового авторитета, знатока муравьёв:
Отвечая на единственный, часто задаваемый мне вопрос насчёт муравьёв, я могу ответить вот что: Нет, муравьи-погонщики в действительности — не кошмар джунглей. Хотя колония муравёв-погонщиков — это «животное», весящее более 20 кг и обладающее 20 миллионами ртов и жал, и, конечно — огромнейшее создание мира насекомых, она, тем не менее, не соответствует жутким рассказам про них. В конце концов, стая может покрыть только около метра земли каждые три минуты. Любая сообразительная кустарниковая мышь, не говоря уж о человеке или слоне, может отшагнуть в сторону и не спеша созерцать безумие мелюзги, объекта, менее грозного, чем странного и удивительного, кульминацию эволюционной истории, настолько же отличной от таковой у млекопитающих, насколько это только возможно осознать в этом мире.
В Панаме, будучи уже взрослым человеком, я отшагнул в сторону и созерцал южноамериканский аналог муравьёв-погонщиков, которых я так боялся рёбенком в Африке. Они текли мимо меня потрескивающей рекой, и я могу подтвердить, что это странное и удивительное зрелище. Легионы шли потоком, час за часом, тельце к тельцу — а я стоял и ждал царицу. Наконец, она подошла и её присутствие было устрашающим. Её тело увидеть было невозможно. Она появилась лишь как двигающаяся волна суетящихся рабочих, кипящий пульсирующий шарик муравьёв со сцепленными лапками. Она была где-то в середине этого кипящего шарика рабочих, и всё это окружали мощные шеренги солдат, угрожающе выставившие наружу раскрытые жвалы, готовые убивать и умирать, защищая царицу. Простите мне моё любопытное желание увидеть её: я протыкал шарик рабочих длинной палкой, в тщетных попытках открыть царицу. Сразу же 20 солдат вонзили свои массивные мускулистые жвалы в палку, возможно, уже насовсем, а несколько дюжин побежали по палке, вынуждая меня быстро её отпустить.
Я так и не взглянул на царицу, но где-то внутри этого кипящего шарика она была, центральный банк данных, хранилище главной ДНК всей колонии. Эти бдительные солдаты были готовы умереть за царицу не потому, что они любили свою мать, и не потому, что они помешались на идеалах патриотизма, но просто потому, что их мозг и их жвалы были построены генами, скопированными с главной матрицы, которую они несут в самой царице. Они вели себя как храбрые солдаты, потому что унаследовали гены длинной линии предшествующих цариц, гены которых были спасены столь же храбрыми солдатами, как и эти. Мои солдаты унаследовали те же самые гены от этой царицы, также, как те прошлые солдаты наследовали от своих прошлых цариц. Мои солдаты охраняли главные копии тех инструкций, которые заставили их нести охрану. Они охраняли мудрость своих предков, Ковчег завета. Эти странные слова будут разъяснены в следующей главе.
Тогда я ощущал изумление и удивление, смешанные с воспоминаниями полузабытых страхов, но изменённые и расширенные зрелым пониманием, которых мне не хватало в Африке в детские годы, пониманием того, для чего вся эта деятельность. Расширенным к тому же знанием того, что эта история легионов достигала той же самой эволюционной кульминации не один раз, а дважды. Это не были муравьи-погонщики моих детских страхов, однако, они могли быть их отдалённым подобием, кузенами Нового Света. Они делали то же самое, что и муравьи-погонщики, и с теми же самыми целями. Стемнело, и я пошёл домой, вновь преисполненный детским благоговением, но с радостью нового понимания, которое вытеснило мрачные африканские страхи.
Глава 5. Власть над прошлым и будущим
За окном идёт дождь. Дождь из ДНК. На берегу Оксфордского канала, в дальнем углу моего сада, растёт большая ива, пылящая пушистыми семенами. Воздух тих, и семена медленно отплывают от дерева во все стороны. И вверх, и вниз по каналу, насколько можно видеть в мой бинокль, вода бела от плавающих пушистых хлопьев; можно не сомневаться, что и землю они покрывают во все стороны также далеко. Хлопья состоят главным образом из целлюлозы — она тормозит падение крошечной капсулы, содержащей генетическую информацию в молекуле ДНК. Вообще-то ДНК в этих хлопьях очень мало, но почему я сказал, что идёт дождь ДНК, а не целлюлозы? А потому, что ДНК — это самое главное в них. Целлюлозного пуха в хлопьях хоть и много, но это лишь парашют, который будет просто выброшен. Вся деятельность по производству пуха, серёжек, самого дерева, и проч., затевается ради одного — распространения ДНК в окружающем ландшафте. Но не ДНК вообще, а только той, чьи закодированные знаки разъясняют специфические инструкции для постройки таких же ивовых деревьев, которые далее будут пылить новым поколением пушистых семян. Эти пушистые комочки в буквальном смысле слова распространяют инструкции по созданию самих себя. Они существуют потому, что их предки преуспели в той же самой деятельности. Идёт дождь инструкций, дождь программ, дождь алгоритмов роста деревьев, распространяющих пух. Это не метафора, это так и есть. Для наглядности представьте себе, что идёт дождь дискет.
Это просто и правильно, но долго не понималось. Если бы ещё недавно вы спросили почти любого биолога про то, что такого особенного в живой материи, что её отличает от неживых предметов, то он рассказал бы вам про специфическую сущность, называемую протоплазмой. Протоплазма полагалась особым видом материи; она живая, вибрирующая, трепещущая, пульсирующая, «раздражимая» (так школьные учительницы любят обозначать способность реагировать). Если бы вы взяли живое тело и разрезали бы его на всё меньшие частицы, то вы в конечном счёте дошли бы до крупинок чистой протоплазмы. В прошлом столетии, реальный прототип персонажа Артура Конан-Дойла, профессор Челенджер полагал, что «глобигериновый ил» на дне моря — чистая протоплазма. Когда учился в школе, то авторы старых учебников всё ещё писали о протоплазме, хотя в то время они уже могли знать предмет лучше. Сейчас вы никогда не услышите и не увидите это слово. Оно так же мертво, как флогистон и мировой эфир. В том веществе, из которого сделаны живые существа, нет ничего особенного. Живые существа — это конгломераты молекул — таких же, как и все остальные молекулы. Особенность тут только в том, что эти молекулы собраны в намного более сложные структуры, чем у неживых предметов, и эта сборка сделана в соответствии с длинными программами, наборами инструкций по развитию, которые организмы содержат в себе. Возможно, они вибрируют, трепещут, пульсируют, «раздражаются» и сияют «живой» теплотой, но все эти свойства для них вторичны. Коренная сущность каждого живого существа — не пламя, не тёплое дыхание и не «искра жизни». Но информация, слова, инструкции. Если вы любите метафоры, то не представляйте себе огни, искры и дыхание, а представляйте себе миллиарды чётких кодовых знаков, высеченных на гранях кристалла. Если вы хотите понять сущность жизни, не размышляйте о вибрирующих и трепещущих студнях и илах, а размышляйте об информационных технологиях. Именно на это я намекал в предыдущей главе, называя царицу муравьёв центральным банком данных.
Главное, что нужно для работы информационной технологии — это некоторый носитель данных с большим количеством ячеек памяти. Каждая ячейка должна быть способна пребывать в одном из нескольких дискретных состояний. Этому требованию, так или иначе, удовлетворяет цифровая информационная технология, доминирующая в современном техническом мире. Существует информационная технология альтернативного рода, основанная на аналоговой информации. Информация на обычной граммофонной пластинке аналоговая, и хранится она в виде изгибов длинной канавки. Информация на современном лазерном диске (часто называемом, к сожалению, «компакт-диском» — это название неинформативно и, к тому же, обычно неправильно произносится с ударением на первом слове) — цифровая, она сохраняется в виде ряда крошечных углублений, каждые из которых или существует, или нет, и никаких полусуществований не предусмотрено. Это симптоматическая особенность цифровой системы: её базовые элементы находятся либо в одном однозначном состоянии, либо в другом — столь же однозначном, без половинчатых и промежуточных значений, без компромиссов.
Генетическая информационная технология является цифровой. Этот обнаружил Грегор Мендель в 19-м столетии, хотя он и не говорил таких слов. Мендель показал, что родительские наследственные признаки не смешиваются в нас подобно краскам разного цвета. Мы получаем наши наследственные признаки в виде дискретных частиц. Если такая частица в нас есть, то мы наследуем соответствующий признак; если нет — то не наследуем. Как остроумно отметил Р. A. Фишер, один из отцов-основателей того, что теперь называется нео-дарвинизмом: «Проявление несмешивающегося наследования всегда у нас перед глазами, когда мы смотрим на существ разного пола. Мы наследуем что-то от мужчины, что-то от женщины, но сами при этом являемся либо мужчиной, либо женщиной, а не гермафродитом». У каждого младенца есть примерно равные шансы унаследовать мужской или женский пол, но он унаследует только один из них, а не их смесь. Мы теперь знаем, что то же самое справедливо для всех наших единиц наследования. Они не смешиваются, оставаясь дискретными и раздельными, как бы они ни тасовались и перетасовывались в своём путешествии по поколениям. Конечно, внешние результаты наследования этих дискретных частиц часто очень сильно похожи на эффекты смешивания. Если высокий человек совокупляется с низким или чёрный — с белым, то их потомство часто бывает чем-то средним. Но смешивание относится только к телесным эффектам и возникает из-за суммирования маленьких эффектов большого количества частиц. Сами частицы, переходя в следующее поколение, остаются теми же самыми дискретными единицами.
Различие между смешивающейся и несмешивающейся наследственностью было очень важным в истории эволюционных идей. Во времена Дарвина, все, кроме укрывшегося в монастыре Менделя, который, к сожалению, игнорировался до самой смерти, полагали наследование смешивающимся. Шотландский инженер Флеминг Дженкин заметил, что факт (как он полагал) смешивающейся наследственности почти исключает естественный отбор как правдоподобную эволюционную теорию. Эрнст Майр весьма недоброжелательно отмечает, что статья Дженкина «исходит изо всех обычных предубеждений и недоразумений учёных-физиков. Однако Дарвин был глубоко обеспокоен аргументацией Дженкина. Наиболее красочно эта аргументация отражена в притче про белого человека, потерпевшего кораблекрушение на острове, населённом «неграми»:
Давайте предоставим ему все, какие только можно, преимущества над аборигенами; допустим, что в борьбе за существование его шансы на долгую жизнь будут намного выше таковых у местных вождей, тем не менее, из этих условий ещё не следует, что после смены ограниченного или неограниченного количества поколений, жители острова будут белыми. Наш герой, вероятно, стал бы королём; он убил бы очень многих чернокожих в борьбе за существование; он имел бы очень много жён и детей, а многие из его подданных прожили бы бездетную жизнь холостяка … наш белый, конечно, очень хорошо сохранился бы в старости, и всё же — этого не будет достаточно, чтобы за сколько-то поколений его потомки превратились бы в белых … В первом поколении появятся несколько дюжин интеллектуальных молодых мулатов, намного превосходящих негров своим средним интеллектом. Мы могли бы предполагать, что несколько поколений их трон будет занимать более или менее жёлтый король; но можно ли полагать, что весь остров постепенно станет заселять белая, или даже жёлтая, популяция, или что островитяне приобретут энергию, храбрость, изобретательность, терпение, самообладание, выносливость, благодаря которым наш герой убил так много их предков и породил так много своих детей — то есть, те качества которые отбирает борьба за существование, если она, конечно, может что-то отбирать?
Не смущайтесь расистскими предпосылками о превосходстве белой расы. Во времена Дженкина и Дарвина они полагались столь же бесспорными, сколь же сегодня полагаются бесспорными предпосылки о правах человека, человеческом достоинстве и святости человеческой жизни. Мы можем пересказать аргумент Дженкина, используя более нейтральную аналогию. Если вы смешаете белую и чёрную краску, что вы получите серую краску. Если вы далее будете смешивать одну серую и другую серую краску, то вы не сможете реконструировать ни белый, ни чёрный оригиналы. Смешивание красок — не слишком далёкая от до-менделевского видения наследственности аналогия, и даже сегодня на бытовом уровне наследственность часто описывается в выражениях «смешения кровей». Дженкин аргументировал свою позицию феноменом заливки. При смешивающейся наследственности, по мере смены поколений вариации должны слиться, и в популяции будет всё больше и больше доминировать однородность. В конечном счете, вариаций не будет, и естественному отбору будет не над чем работать.
Судя по тому, как этот аргумент был сформулирован, он не был аргументом против естественного отбора. Это был больше аргумент против неотвратимых свойств самой наследственности! Исчезновение вариаций по мере смены поколений на практике не подтверждается. Люди сегодня подобны друг другу не более, во времена своих бабушек и дедушек. Вариации поддерживаются. Существует пул вариаций, пригодных для продолжения работы отбора. Это было доказано математически в 1908-м году В. Вейнбергом и, независимо, эксцентричным математиком Г. Х. Харди; кстати, как свидетельствует книга регистрации пари его (и моего) колледжа, он однажды выиграл пари «Полпенни в его пользу до самой смерти, что солнце взойдёт завтра». Но потребовался Р. A. Фишер с коллегами — основателями современной популяционной генетики, чтобы дать полный ответ Флемингу Дженкину в терминах теории несмешивающейся генетики Менделя. Ирония состояла в том, что, как мы увидим в главе 11, ведущие последователи Менделя в начале двадцатого века полагали себя антидарвинистами. Фишер и его коллеги показали, что дарвиновский отбор имеет смысл, а проблема Дженкина изящно разрешается, если эволюцию представить как изменение относительных частот дискретных наследственных частиц (генов), каждый из которых или присутствовал бы, или отсутствовал в любой конкретной особи. Пост-фишеровский дарвинизм называется нео-дарвинизм. Его цифровая природа — не побочный эффект, которым случайно обладает генетическая информационная технология. Дискрентность — это, видимо, совершенно необходимое условие, чтобы дарвинизм был работоспособен.
В нашей электронной технологии дискретные ячейки памяти могут находиться только в двух состояниях, традиционно представляемых как 0 и 1, хотя их можно трактовать как «высоко-низко», «включено-выключено», «верх и низ»; главное — что они должны быть чётко отличны друг от друга, и совокупность этих состояний может быть «прочитана» так, чтобы на что-то влиять. В электронной технологии используются самые различные физические среды для хранения нулей и единиц — тут и магнитные носители (ленты и диски), и перфорированные карты и ленты, и электронные «чипы» с большим количеством маленьких полупроводниковых ключей внутри.
Главный носитель данных внутри ивовых семян, муравьёв и всех других живых клеток — не электронный, а химический. В нём используется тот факт, что некоторые молекулы способны к «полимеризации», которая заключается в соединении молекул в длинные цепи неограниченной длины. Существует много разных полимеров. Например, «полиэтилен» представляет собой длинные цепи маленькой молекулы, называемой этиленом; т. е. это полимеризированный этилен. Крахмал и целлюлоза — полимеризированный сахар. Некоторые полимерные цепочки являются цепями, состоящими не из однотипных маленьких молекул (как этилен), а молекул двух или более различных видов. Как только такая гетерогенность появляется в полимерной цепи, так информационная технология на ней становится теоретически возможной. Если в нашей цепи имеются два вида маленьких молекул, одну из которых можно полагать нулём, а другую — единицей, так сразу же на ней оказывается возможно хранить любое количество информации любого вида, лишь бы цепь была достаточно длинна. Специфические полимеры, используемые живыми клетками называются полинуклеотидами. В живых клетках существует два главных семейства полинуклеотидов, кратко — ДНК и РНК. Оба представляют собой цепи маленьких молекул, называемых нуклеотидами. И ДНК и РНК — гетерогенные цепи с четырьмя различными видами нуклеотидов. И конечно, именно это открывает возможность для хранения информации. Вместо только двух состояний, «1» и «0», информационная технология живых клеток использует четыре состояния, которые традиционно представляются как A, T, C и G. В принципе, разница между бинарной информационной технологией двух состояний (ткаой, как компьютерная) и технологией четырёх состояний (таковая для живой клетки), очень невелика.