Кто умнее: люди или бактерии?

(Случайный поиск — универсальная стратегия живых существ)

Ленинградское социологи М. Б. Борщевский и В. В. Руденко (1946–1970), очень рано погибший в автомобильной катастрофе, попытались описать поведение людей на улицах большого города, наблюдаемое сверху, с вертолета, c помощью известных из физики газовых уравнений, уподобляя человека молекуле газа, движущейся по случайной траектории. Конечно, каждый, казавшийся сверху черной точкой человек прекрасно осознавал цель своего движения. Петр Иванович спешил на службу, Мария Петровна шла за покупками, а их сосед Пенкин уже с утра мчался к приятелю опохмеляться. Однако, на сделанных сверху фотографиях все эти человеческие личности были просто перемещающимися в пространстве черными точками, а совокупность их движения — общая толчея в рабочий день — могла служить, например, показателем качества работы городского транспорта и среднего расстояния от работы до жилья. Города по этому признаку делились на объекты с большой и малой толчеей — аналог «высокой» и «низкой» температуры в газовой системе.

Точь в точь такой же предстает толчея одноклеточных микроорганизмов ученому, наблюдающему за ней в микроскоп. На первый взгляд, она кажется совершенно бессмысленной. Однако, и у них это вовсе не так. Например, если поместить в сосуд с культурой бактерий или инфузорий очень тонкую стеклянную трубочку, заполненную привлекательным для них веществом, у торца трубочки вскоре скопится громадная масса этих одноклеточных организмов.

Как они туда добрались? На первый взгляд, сложного объяснения не требуется. Из трубочки в сосуд понемножку проникает за счет диффузии привлекающее вещество. Организмы чувствуют химический градиент и плывут вдоль него туда, где вещества больше, с помощью своих двигательных органов: жгутиков или ресничек. Однако, в действительности все совсем не так. Микроорганизмы — существа размером в несколько тысячных или сотых долей миллиметра, не способны измерять разницу между концентрациями какого-то вещества на противоположных концах своего крохотного тела. Она слишком мала и постоянно нарушается за счет разного рода течений в воде: конвекции и так далее.

В то же время есть другое, несравненно более разумное решение. Микроорганизмы плывут куда попало и при этом ощущают, как меняется концентрация привлекающих, а также избегаемых ими веществ во времени на протяжении проделанного пути. Если ощущается, что концентрация привлекающих веществ нарастает, а (или) избегаемых — падает, движение в этом направлении затягивается. В противном же случае микроорганизм вдруг меняет направление своего движения на новое, тоже избранное совершенно «наобум». Затем следует новая проба среды, — опять смена направления и так вновь и вновь. Для того, чтобы изменения происходили именно в случайном направлении, бактерии, проплыв немного прямо, принимаются крутиться на месте. Потом снова плывут прямо, но понятно, что уже не туда, куда плыли раньше. Это все равно как, пройдя какое-то расстояние, закрутить волчок с нарисованной на нем стрелкой и куда она укажет, туда и двигаться. Потом опять его закрутить и снова идти по той же стрелке.

Разумно ли такое поведение? Конечно, разумнее любого другого, если нет ни малейшей информации о том, куда надо идти, но по дороге можно оценить, становится лучше или хуже. На этом принципе основана детская игра «тепло» и «холодно».

Что лежит в основе всех подобного рода поисковых стратегий? Конечно, уже не раз упоминавшийся нами принцип обратной связи, отрицательной (тормозящей) для неудачных попыток и, напротив, положительной (усиливающей, продлевающей) для попыток удачных. Бактерия добирается именно туда, куда ей «надо», например, к кончику капилляра, именно, потому, что плыла заведомо «куда попало», проверяла много-много разных вариантов. Никакого другого способа отыскать нужное направление у нее не было и, в принципе, не могло быть.

Нетрудно сообразить, что подобного же рода поиск; проба — проверка результата — новая проба — новая проверка и так далее без конца может осуществляться не только в пространстве, но и во времени. И там он безошибочно приводит к искомой цели, если, разумеется, она вообще достижима. Другие же виды поиска — наметил цель и сразу же иди к ней напролом вперед — годятся только там, где средства достижения цели ЗАРАНЕЕ хорошо известны. А часто ли так бывает в жизни? Пусть читатель хорошо подумает прежде, чем ответит сам себе на этот вопрос.

Во всяком случае, у всех видов эволюции, о которых мы писали в предыдущем параграфе, «цель» сохранение, выживание, а способы ее достижения в постоянно меняющихся условиях одному, как говорится, Богу известны. Вот ничего другого и не остается как изменяться «наугад» (напомним: мутации, новации) и проверять результаты изменения на практике. Повезло измениться удачно, уцелеешь до возраста, в котором оставляют потомство, да и оно выживет, растиражирует свои новообретенные признаки. Ну, а что делать, если эти признаки ведут к уменьшению числа потомков, понижают прибыль от сбыта товара, делают слово менее удобопроизносимым, чем в прежнем его варианте? В таких случаях извини, но пеняй на себя. Неудачные изменения происходят куда чаще удачных. А того чаще изменения бывают никакие, нейтральные, от которых ни холодно и ни жарко. Что поделаешь, опять-таки?

Эволюции без жертв не бывает. Все требует жертв: эволюция, революция, наука, но одна разница есть. В первом и третьем случаях жертвы неизбежны, а, следовательно, разумны. Во втором же случае этого не скажешь никак.

Решили мы, к примеру, в 1917 году построить коммунизм, а, как его строить, об этом никакой у нас информации не было. Построили неслыханно дорогой ценой нечто совсем иное и саморазрушающееся. «Оно» постепенно загнило, а потом и рухнуло на восьмом десятке. Теперь точно так же уверенно мы прем напролом обратно к капитализму, беря за образец западные страны с их совершенно непохожим на наше историческим прошлым! Бактерии на нашем месте, конечно, так неосмотрительно себя бы не вели. Они бы двигались к цели, способ достижения которой им не известен, испытанным методом «проб и ошибок».

Один из «отцов» нашей перестройки в самом ее начале изрек: У нас нет времени на пробы и ошибки! Результат: сплошные ошибки в пути напролом Бог весть куда.

В «Войне и мире» можно прочитать о тактике австрийского командующего под Аустерлицем: все до мелочей было спланировано заранее и дальше действовали строго в соответствии с планом: «эрсте колонне марширт, цвайте колонне марширт…» Кончилось, разумеется, разгромом, как только и могло кончиться…

Как это ни удивительно, но самые разные биологические процессы и механизмы: механизм мутаций — скачкообразных изменений наследственной информации в молекулах ДНК, двигательные системы одноклеточных микроорганизмов и мозг животных или, тем более, человека, таят в себе те или иные как бы специально, нарочито созданные источники непредсказуемости, случайности (как сказали бы «технари» — генераторы белого шума). Природа не может себе позволить глупость действовать напролом там, где способ достижения цели не известен заранее. В математике описанные выше методы достижения цели называют СЛУЧАЙНЫМ ПОИСКОМ.

Случайный поиск — одна из главных стратегий жизни.

Мы в развитии цивилизации этому поиску обязаны практически всем. Как люди еще в древности добрались до дальних островов в океане? Что побудило человека впервые попробовать обжаренное на огне мясо? Как появились разные способы добывания огня? Гончарный круг? Лук со стрелами и бумеранг — гениальное изобретение австралийских аборигенов?

По преданию порох открыт алхимиком Бертольдом Шварцем. Как-то он нагрел в ступке неизвестно зачем смесь угля, серы и селитры. Произошел взрыв, пестик выбило подобно пушечному ядру. Любое положительное знание восходит в своей истории к так же случайно сделанным открытиям. Этому утверждению вовсе не противоречит то, что, по словам астронома Кепплера, случай благоприятствует только подготовленным умам.

Мало ли кто до Ньютона видел как падает яблоко? Сколько, небось, людей до Архимеда наблюдали как вытекает вода из переполненной ванны? Тем не менее, до теории тяготения первым додумался Ньютон, а удельный вес — открытие Архимеда. Бывает еще и так. Ищут одно, а натыкаются на другое. Искали путь в Индию, а открыли Америку.

Есть два разных варианта случайного поиска.

Один — так называемый локальный поиск. Мы бы его, назвали «поиском минера», который, как известно, может серьезно ошибаться только один раз. Цель проста и сурова: удержать теперешнее состояние, уцелеть, не погибнуть с голоду и так далее, и тому подобное. В природе этим поиском обеспечивается, например, то, что организмы, несмотря на непрерывную неопределенную изменчивость — мутации, долго-долго сохраняют свои признаки, если внешняя среда не изменилась и нет повода приспосабливаться к ее изменениям. Биологи в таком случае говорят о стабилизирующем естественном отборе. Изменения невыгодны. Наилучшее выживание обеспечено потомкам, ничем существенным не отличающимся от родителей.

Другой вариант — глобальный случайный поиск: по тем или иным причинам удачные попытки сулят большое вознаграждение, а вот опасность от неудачных попыток не так уж и велика. На организмы в изменившейся среде действует «движущий» естественный отбор. «Белые вороны», плохо кончившие в прежних условиях, в новых, скажем, попав в заполярье, где белый цвет маскирует жертву от хищника и хищника от его добычи, наоборот, могут преуспевать. Так, из всегда возможных мутаций-альбиносов получились белый медведь, белая полярная сова, белая полярная куропатка, белая пуночка (поляный «воробей») и так далее. Отобрались мутации, изменяющие цвет шкуры по сезону, как у белеющих зимой зайцев и белок.

Примеры локального и глобального поиска в человеческой деятельности: ухищрения крестьянина-бедняка получить на своем крохотном земельном участке хоть какой-то урожай в засушливый год и эксперименты помещика, решившего посеять на половине своих полей новую для данного места сельскохозяйственную культуру: авось повезет? Бедняк, как и минер, может ошибаться только один раз и, чтобы не слишком рисковать, пробует лишь разные дедовские способы полива, вспашки и так далее. Поиск налицо, но цель скромна и ни малейших открытий не предвидится. Не до них. Богач рад бы еще больше разбогатеть, вырастив у себя нечто сногсшибательное, а если дело не выгорит, риск не велик. В следующий год попробует еще какое-нибудь новшество.

В науке больше перспектив сулят стратегии глобального поиска. А в обществе социальные эксперименты желательно проводить, соизмеряясь с обстоятельствами: «по одежке протягивай ножки».

Нашим властителям это было всегда невдомек, как и многое другое, например, что есть цель поиска, а что — только средство ее достижения? Первое они постоянно путали и путают со вторым. Вот мы теперь и пожинаем злонравия достойные плоды, сидя у разбитого корыта, и снова одержимы грандиозными планами.

Кто же выходит, на поверку, умнее: мы или одноклеточные микроорганизмы?