Так развивается наше знание. Сначала смутные догадки, затем гипотезы, а с помощью критики мы отбираем лучшее объяснение. Оно будет преобладать до тех пор, пока не появится лучшая конкурирующая гипотеза, дающая новое объяснение, которое изменит наши взгляды и представления. Мы гордо именуем это новым знанием. Его наличие необходимо для развития человечества, применяя эти знания в технологиях и обустройстве окружающего нас мира. Пока мы доподлинно не знаем, как действительно образовалась и развивается наша Вселенная, но вот о том, как протекает эволюционный процесс, который не ограничивается биологической эволюцией, нам известно гораздо больше.
Универсальный конструктор
Эволюционный процесс похож на программирование. Химические азотистые основания (аденин, гуанин, тимин и цитозин) являются для нашего генетического кода чем-то вроде алфавита. А дальше из букв складываются слова и фразы, поскольку азотистые основания одного слова (цепи) соединены с азотистыми основаниями другого. Так возникает генетический код – язык, который природа использовала для создания нового репликатора, ДНК[3]. С тех пор ДНК представляет собой идеальный носитель для хранения больших объемов информации, поскольку превзошла по надежности (стабильности) своего конкурента и одновременно свою составную часть РНК. Получилось что-то вроде двойной записи, только в природном, а не бухгалтерском смысле.
Генетический код стал универсальным, с феноменально широкой сферой охвата – сегодня с его помощью задается бесчисленное множество характеристик организмов и способов их поведения. Организмы от примитивных одноклеточных созданий и до зверей и птиц используют один и тот же алфавит оснований (допускаются лишь небольшие вариации). Сам генетический код дальше не развивается, хотя рожденные на его основе новые организмы продолжают создавать и нести в себе новое знание!
Ученые точно не знают, какими были первые самокопирующиеся молекулы-репликаторы, но уверены в том, что одна из них была чрезвычайно близка к РНК, иначе вряд ли бы все живое на Земле имело в своем составе сходную с рибосомной РНК структуру. Репликаторы привлекают свои противоположности, и это напоминает старый процесс получения фотографии, когда из негатива на фотопленке печаталась его противоположность – позитив.
Из первичного образования возникли более сложные структуры – гены или репликаторы-инструкции. Гены уже возможно было интерпретировать как инструкции в генетическом коде. Зависящие друг от друга в плане репликации гены образовали геномы или сложные объединения генов, зависящих друг от друга при копировании. Процесс копирования генома давал жизнь живым организмам. Таким образом, генетический код – это тот же язык, только используемый для создания организмов.
В ходе реализации проекта «Геном человека», который я еще не раз упомяну на этих страницах, выявилось, что человеческий геном содержит 20 000–25 000 активных генов и 3,1 млрд пар оснований. Число возможных комбинаций на десятки порядков больше, чем атомов во всей Вселенной (примерно 1080)! Если бы существовала книга возможных вариантов геномов, которые можно собрать из этих 3,1 млрд пар, и каждый из них занимал бы одну страницу, а сама страница состояла бы из одного атома, то у Вселенной не хватило бы строительного материала для ее создания.
Эволюционный алгоритм
С создания молекулы ДНК по дизайн-схеме начинается эволюционный алгоритм (рис. 2). Эволюция создает дизайн без дизайнера. Алгоритм, который быстро и надежно находит хороший дизайн в огромной и несуществующей книге дизайнов. Кодирование дизайна осуществляется по определенной схеме, которая позволяет осуществлять и декодировать дизайн, аккуратно считывая его описание. Реально воплощенные благодаря «анонимному» дизайнеру в жизнь организмы не только встраиваются в экосистему, но и взаимодействуют между собой. Организмов рождается больше, чем может выжить, – так рождается конкуренция, в которой выживают не сильнейшие организмы или виды, а… дизайн-схемы – гены!
Чтобы собрать организм по одной из дизайн-схем, представленных в книге дизайнов, необходима схема, компоненты, из которых она состоит, а также квалифицированный чтец и сборщик. Задача последнего точно и аккуратно собрать по схеме из заданных компонентов (четырех азотистых оснований) новый организм. Гениальность природы состоит в том, что ДНК одновременно является и дизайн-схемой, и ее сборщиком. По сути дела, это универсальный конструктор, который помимо сборки (копирования) способен еще сохранять и модифицировать схему. Дальнейшее действие эволюционного алгоритма протекает при наличии читателя схемы, ее сборщика и с помощью естественного отбора.
3
Молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) представляет собой одну из трех основных макромолекул (две другие – РНК и белки), обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков («Википедия»).