Эволюция эволюции: от генетического наследования до интратехнической репликации т-мемов. Колонка для Компьютерры #102

 

Человек – не статический центр мира, как он долго полагал, а ось и вершина эволюции, что много прекраснее.
Пьер Тейяр де Шарден

 

В этой колонке я попытаюсь систематизировать свои представления по вопросу, где, насколько мне известно, устоявшаяся терминология и классификация этапов еще не выработаны. Слова будут попадаться страшные (как в заголовке), но я изо всех сил попытаюсь все разъяснить.

Главная идея состоит в том, что внутри эволюционирующей биосферы преимущество получают те ветви древа жизни, которые оказываются способны вырабатывать необходимые им приспособления быстрее других, т.е. выигрывают у своих конкурентов благодаря способности к более быстрой эволюции. Это ускорение обеспечивается освоением все новых и новых механизмов наследования. Некоторые из них нам известны; некоторые, возможно, еще нет. Специфика эволюции нашего вида укладывается в общую картину эволюции эволюции, и при этом, в полном согласии с Тейяром, мы оказываемся на самом острие этого процесса.

Меня убедила идея Блэкмор (описанная в позапозапрошлой колонке) разделять типичные мемы, как единицы культурного наследования, передаваемые из одной головы в другую, и т-мемы, репликаторы более высокого уровня, использующие иные средства передачи. Стал я думать о том, как описать эти репликаторы с точки зрения организмов (помните решетку на рисунке в позапрошлой колонке) и пришел к выводу, что мы имеем дело с несколькими этапами эволюции и несколькими механизмами наследования. Давайте объясню подробнее.

Вот схема, на которой показаны главные пути передачи информации, типичные для представителей высокоорганизованных групп живых существ. Когда-то я рисовал нечто подобное, но сейчас, как кажется, показал нужные вещи чуть менее запутанно.

Пути передачи информации, обеспечивающие биологическую эволюцию. Фенотип+, результат индивидуального развития, раз за разом проверяется на соответствие среде

На схеме показаны два поколения (и передача наследственной информации к третьему). В желтых прямоугольниках — развитие организмов, показанное фиолетовой стрелкой. Можно сказать, что генотип (совокупность генетической информации, т.е. информации, заданной последовательностью мономеров в полимерных цепочках нуклеиновых кислот) влияет на формирование фенотипа (совокупности признаков организма) в ходе онтогенеза (индивидуального развития). С вашего разрешения, я буду писать о «генотипе+», «онтогенезе+» и «фенотипе+», чтобы показать, что трактую эти понятия в широком смысле. К примеру, хотя пространственная организация яйцеклетки не является частью генотипа в узком смысле этого слова, но, тем не менее, она относится к числу важных наследственных (передаваемых следующим поколениям) задатков. При строгой трактовке понятия «онтогенез» в него, наверное, не надо включать выработку условных рефлексов, а говоря о фенотипе, обычно не включают в его состав жизненный опыт. Я же хочу употреблять эти понятия максимально широко.

Как вы поняли, я здесь рассматриваю поведенческие признаки как такую же часть фенотипа+, как и признаки, связанные с морфологией (строением) или физиологией (функциями).

Да, но на фенотип+, конечно, влияет и среда. Красной стрелкой на схеме показано определенное действие среды, на которое фенотип+ отвечает закономерным образом, а серыми пунктирами показан шум, источник случайности. Шум имеет как внешнее для организма, так и внутреннее происхождение.

Каждый из показанных путей передачи информации является результатом длительной предшествовавшей эволюции, следствием отбора тех или иных репликаторов (копируемых, изменяемых и отбираемых структур: автокаталитических реакций, генов, организмов…). Механизмы управления развитием в соответствии с наследственными задатками (фиолетовая стрелка) — результат отбора на повышение устойчивости передачи врожденных адаптивных признаков. Чем устойчивее (несмотря на информационный шум) будет воспроизводиться норма, отобранная в ряду прошлых поколений, тем больше шансов у организма передать свои наследственные задатки потомству.

Когда задача помехоустойчивого развития решена, шансы организма на выживание и размножение может повысить его способность подстраиваться под конкретные  условия среды, в которых ему выпало развиваться. Классическим примером является разница между сосной, которая выросла на открытом месте, и такой же сосной, которая развивалась в густом лесу. А знаете, что происходит, когда мы (представители европеоидной расы) загораем? Наша кожа может реализовывать разные варианты синтеза темного пигмента, меланина, в зависимости от количества поступающего ультрафиолетового излучения. Если УФ-лучей мало, кожу нужно сделать для него прозрачной, чтоб обеспечить синтез витамина D; если эти лучи в избытке, от них нужно защищаться, чтобы уменьшить вероятность развития рака кожи. Приведенные примеры — лишь малая часть той информации, которую развивающийся организм получает от среды (красная стрелка). Мы развиваемся в определенных условиях, в определенной гравитации, в среде с требуемым химизмом, вступаем в необходимые для нашего развития взаимодействия (в том числе — социальные). Не надо недооценивать путь передачи информации, показанный красной стрелкой!

В свое время казалось, что наследственная информация никак не зависит от результатов развития. Сейчас стало понятно, что высокоразвитые организмы приобрели петлю обратной связи (коричневая такая), которая изменяет характер наследственных задатков в зависимости от фенотипа+. В условиях, когда поколению за поколением приходится реализовывать определенный вариант развития из нескольких возможных, шансы на успех повышает учет информации о том, какая из альтернатив была востребована предками каждой особи.

Я отлично сознаю, что за обсуждение таких информационных каналов часть читателей попытается наклеить на меня ярлык «ламаркиста». Ну что поделаешь! Эпигенетическое наследование доказано вполне надежно, хотя конкретные механизмы реализации этого пути передачи информации изучены недостаточно. Известные сейчас механизмы эпигенетического наследования связаны с химической модификацией отдельных мономеров генетического текста. Эта модификация отражается на способе пространственной укладки молекулы ДНК, а значит — и на ее активности.

Я предполагаю, что существуют и иные механизмы передачи информации в том же направлении, от фенотипа+ к генотипу+. Возможно, в этом же направлении действуют еще какие-то механизмы редактирования ДНК (например, включающие передачу информации с молекул РНК). Впрочем, эта тема требует особого разговора…

Фенотип+ взаимодействует со средой. Если среда «одобрит» результат развития (он окажется достаточно приспособленным и ему попросту повезет), его наследственная информация будет передана следующему поколению. У организмов с половым размножением каждый индивид получает наследственную информацию от двух родителей; на моей схеме это не показано (она и так оказалась достаточно запутанной).

Обратите внимание на два цикла обратных связей. Наследственные задатки влияют на развитие и сами корректируются (эпигенетически, и, возможно, как-то еще) по его итогам. Среда одобряет или отвергает результат развития, который и сам зависит от нее. Эти обратные связи весьма важны для ускорения выработки необходимых приспособлений. Как мне приходилось писать, рассказывая об эпигенетической теории эволюции, для успеха организма в выживании и размножении неважно, на какой основе развились его приспособительные признаки. Однако если среда раз за разом сохраняет носителей каких-то признаков, это будет приводить к повышению устойчивости их развития. Кстати, не запутайтесь: эпигенетическое наследование (ЭН) не в «родстве» с эпигенетической теорией эволюции (ЭТЭ). В случае ЭН слово «эпигенетический» (т.е. находящийся над генами) используется для обозначения разметки генетического текста, а ЭТЭ рассматривает систему управления развитием организма, находящуюся «выше» генного уровня.

Механизм передачи информации, показанный на обсуждаемой картинке, и сам по себе является шедевром эволюции. Но совершенству нет предела и многоуровневый отбор все равно отдаст преимущество той группе организмов, которая найдет способ его улучшить и интенсифицировать выработку приспособлений. С течением времени одни виды сменяются другими, и та группа, которая обеспечит более быструю выработку приспособлений, со временем займет более заметное место в биосфере.

Одним из способов интенсифицировать выработку и передачу полезных поведенческих признаков стало культурное наследование. Вначале оно ограничивалось обучением детей родителями, и пропускная способность этого канала была совсем небольшой. Наш род сделал ставку на этот способ эволюции; у нас он достиг невиданной эффективности.

К путям передачи информации, показанным на предыдущей схеме, добавились механизмы культурного наследования: передачи поведенческих признаков благодаря обучению

Как видите, культурное наследование показано на схеме оранжевыми стрелками. Посмотрите: культурная (связанная с обучением) передача информации может идти от родителей к детям, а может иметь и иное направление, она может соединять организмы, не состоящие в родстве.

Правомочно ли в данном случае использовать слово «наследование», сравнивая обучение с работой генетического механизма? Да. Несмотря на всю свою специфику, культурное наследование возникает как усовершенствованный путь передачи поведенческих признаков от особи к особи. Подробно обосновывать здесь не буду: рассматривал эту тему в колонке «Эволюция: биологическая и социальная».

Примеры культурного наследования (относительно небольшой мощности с точки зрения количества передаваемой информации) описаны у нескольких групп млекопитающих, птиц и насекомых. У нашего вида мощность этого канала передачи информации несравнимо выросла.

А следующий путь передачи информации и вовсе является прерогативой нашего вида.

Наша нынешняя цивилизация сформирована экстрасоматическим наследованием. Информация от особи к особи переносится с помощью письменности, электромагнитной и оптической записи

Видите: на схеме появилась передача информации через внешние носители (наскальные знаки, письменность, фото- и кинопленку, электромагнитные и оптические устройства etc). Вы тоже сейчас взаимодействуете со мной через посредство внешних носителей. Как назвать этот информационный канал? Экстрасоматическое (внетелесное) наследование. Именно экстрасоматическое наследование сделало человечество глобальным видом.

Культурное и экстрасоматическое наследование обеспечивают передачу мемов — копируемых блоков информации. Хотя мемы могут сохраняться и тиражироваться вне нас (ну, например, в нашей печатной продукции или в наших компьютерах), их существование неизбежно связано с нами как с их потребителями.

Мы выделили два разных механизма наследования: культурное и экстрасоматическое. Соответствуют ли им две различные категории мемов? Вероятно, нет. Одни и те же мемы могут распространяться, используя оба пути. Конечно, разные мемы могут специализироваться на разных способах распространения.

Как совершенно справедливо утверждает Блэкмор, существует еще одна категория репликаторов, т-мемы, которые размножаются и отбираются в технической среде, минуя наши психики. Самым очевидным примером таких репликаторов являются компьютерные вирусы. Это очередной этап эволюции эволюции, и поэтому я рисую четвертую, на этот раз – последнюю схему.

Возникновение интратехнической репликации. Теперь передача и эволюция информационных репликаторов связана не только с биологическими существами, но и с относительно независимыми от них устройствами

Развитие внешних носителей приводит к очередному этапу эволюции. Возникают устройства, которые сами обмениваются друг с другом информацией. Взаимодействие человека с ними принципиально не отличается от такового с традиционными носителями, но для самих реплицируемых единиц информации ситуация коренным образом меняется. Среда, которая определяет их судьбу — уже не психика биологических существ. Т-мемы распространяются, размножаются и эволюционируют в новой, техногенной среде. Мы, создатели этой среды, можем утешать себя, что мы контролируем главные параметры ее функционирования. Увы, нужно не забывать, что как только такая среда становится самоусложняющейся и самоэволюционирующей, контроль над ней становится весьма ограниченным.

Называть этот способ передачи информации наследованием, скорее всего, уже нельзя — ведь тут нет речи о признаках каких-либо организмов. Что же, давайте говорить о интратехнической репликации.

Интратехническая репликация пока остается terra incognita. Мы можем наблюдать лишь ее первые шаги. О сравнении биологического, культурного и экстрасоматического наследования можно сказать намного больше.

Надеюсь, в недалеком будущем получится.