МОЛЕКУЛЯРНЫЕ АССЕМБЛЕРЫ сделают такую революцию, какой не было со времён появления рибосом, примитивных ассемблеров в клетке. Получающаяся в результате нанотехнология может помочь распространению жизни вне Земли – шаг, не имеющий аналогов, начиная с распространения жизни вне морей. Это может помочь машинам обрести разум – шаг, не имеющий параллелей, с тех пор как разум появился в приматах. И это может позволять нашим умам обновлять и переделывать наши тела – шаг вообще не имеющий аналогов.

Эти революции принесут опасности и возможности, слишком обширные, чтобы их могло вместить человеческое воображение. Все же принципы изменения, которые выполнялись для молекул, клеток, животных, разума, и машинам, должны продолжать деятельность даже в век биотехнологии, наномашин и искусственного разума. Те же самые принципы, которые приложимы в море, на земле и в воздухе, должны сохраняться, когда мы будем распространять жизнь Земли к звездам. Понимание сохраняющихся принципов изменения поможет нам понять потенциал для хорошего и плохого в новых технологиях.

Порядок из хаоса

Порядок может появляться из хаоса без чьих-либо распоряжений: хорошо организованные кристаллы конденсировались из бесформенного межзвездного газа намного раньше Солнца, Земли, или появления жизни. Из хаоса также появляется кристаллический порядок и при более знакомых обстоятельствах. Вообразите молекулу, возможно правильную по форме, а, возможно, неравномерную и узловатую как корень имбири. Теперь вообразите большое число таких молекул, перемещающихся беспорядочно в жидкости, переворачиваясь и толкаясь как алкоголики в невесомости и темноте. Вообразите испаряющуюся и охлаждающуюся жидкость, что заставляет молекулы быть ближе друг к другу и замеляя их движения. Будут ли эти беспорядочно перемещающиеся, молекулы странной формы просто собираться в беспорядочных "кучах"? В общем случае – нет. Обычно они будут устанавливаться в кристаллическую структуру, каждый аккуратно устраиваясь напротив своих соседей, формируя строки и столбцы, такие же совершенные, как шахматная доска, хотя часто более сложные.

Этот процесс не включает ни волшебство, ни какие-то специальные свойства молекул и квантово-механических сил. Это даже не требует специальных соответствующих друг другу форм, которые позволяют молекулам белка самостоятельно собираться в машины. Если положить мраморные шарики одинакового размера на поднос и встряхнуть, также выпадают в правильные рисунки.

Кристаллы растут путём проб и удалением ошибок, путём варьирования и селекции. Никакие крошечные руки их не собирают. Кристалл может начинаться со случая молекул, собирающихся в группу: молекулы блуждают, сталкиваются, и собираются в группы случайным образом, но группа держится вместе лучше всего когда она упакована в правильную кристаллическую структуру. Далее в первоначальный маленький кристалл ударяются другие молекулы. Некоторые тыкаются в неправильные места или с неправильной ориентацией; они плохо прилипают и от колебаний вновь отваливаются. Другие по случаю попадают нужным образом; они лучше прилипают и часто остаются. Слой строится на слое, расширяя кристаллическую структуру. Хотя молекулы сталкиваются случайным образом, они не прилипают случайно. Порядок растёт из хаоса путём варьирования и селекции.

Эволюционирующие молекулы

В росте кристаллов, каждый слой образует шаблон для следующего. Однородные слои накапливаются и формируют твердый блок.

В клетках нити ДНК или РНК также могут служить в качестве шаблонов при помощи ферментов, которые действуют как молекулярные копировальные машины. Но элементы, из которых строятся нити нуклеиновых кислот, могут быть устроены во многих различных последовательностях, и нить шаблона может отделиться от копии. И нить, и её копия могут далее снова быть скопированы. Биохимик Сол Спиджельман использовал копировальные машины (белки из вируса) для экспериментов в испытательной пробирке. Говоря просто, безжизненная среда дуплицирует молекулы РНК.

Представьте себе нить РНК, плавающую в испытательной пробирке вместе с копировальными машинами и элементами РНК. Нить кувыркается и изгибается, пока она не наталкивается на копировальную машину в правильном положении, чтобы слипнуться. Элементы толкутся вокруг, пока один нужного вида не встретит копировальную машину в правильном положении, которая соответствует нити шаблона. Как только соответствующие элементы ухитряются попасть в нужное положение, машина захватывает их и привязывает их к растущей копии; хотя элементы сталкиваются случайным образом, машина связывает выборочно. В конце концов машина, шаблон и копия разъединяются.

В терминологии зоолога Ричарда Давкинса из Оксфорда, объекты, которые делают копии себя, называются репликаторами. В этой окружающей среде молекулы РНК подходят под определение: единственная молекула скоро превращается в две, потом четыре, восемь, шестнадцать, тридцать две, и так далее, умножаясь экспоненциально. Далее скорость репликации снижается: постоянный запас белковых машин может производить копии только с какой-то скоростьюРНК, независимо от того, сколько молекул шаблона соперничают друг с другом для их услуг. Ещё позже сырья для созданияРНК молекулы становится недостаточно, и репликация задерживается вплоть до остановки. Быстро растущее число молекул достигает предела росту и останавливает репродуцирование.

Копировальные машины, однако, часто копируют неправильно нить РНК, вставляя, удаляя, или неправильно сопоставив элемент нити. Получающаяся в результате нить с мутациями тогда отличается по последовательности элементов или длине. Такие изменения довольно случайны, и изменения накапливаются по мере того как скопированные с ошибкой молекулы снова копируются с ошибкой. По мере того как молекулы размножаются, они начинают отличаться от своих предшественников и друг от друга. Это может выглядеть как рецепт, приводящий к хаосу.

Биохимики нашли, что различающиеся молекулы РНК копируются с разными скоростями, в зависимости от их длин и структуры элементов. Потомки более быстрых репликаторов естественно становятся более распространёнными. Действительно, если один вид копируется только на 10 процентов быстрее чем его собратья, то после одной сотни поколений, каждый из более быстрого вида даст в 1000 раз большее число потомков. Малые различия в экспоненциальном росте накапливаются экспоненциально.

Когда в испытательной пробирке заканчиваются элементы, экспериментатор может взять пробу его РНК и "заразить" новую пробирку. Процесс начинается снова и молекулы, которые доминировали в первом раунде соревнования начинаются с некоторой форой. Появляются маленькие изменения, по прошествии времени вырастая в большие. Некоторые молекулы размножаются быстрее, и их вид доминирует в смеси. Когда ресурсы исчерпываются, экспериментатор может взять пробу РНК и начать снова (и снова, и снова), сохраняя условия стабильными.

Этот эксперимент показывает естественный процесс: независимо от того, с какой последовательности РНК начинает экспериментатор, кажущийся хаос случайных ошибок и копирование с систематическими ошибками выдвигает вперёд один вид молекул РНК (плюс-минус некоторые ошибки копирования). Его типичная версия имеет известную, четкую последовательность 220 элементов. Это – лучший РНК репликатор в этой среде, так что он перенаселяет другие и остаётся.

Копирование, растянутое во времени, копирование с ошибками и конкуренция всегда дают те же самые результат, независимо от длины или структуры молекулы РНК, с которой начинается процесс. Хотя никто не мог бы предсказать, какая структура выиграет, каждый может видеть, что изменение и конкуренция будут иметь тенденцию выдвигать единственного победителя. В такой простой системе могло бы произойти кое-что ещё. Если эти репликаторы сильно воздействуют друг на друга (возможно, путём выборочных атак или помощи друг другу), то результаты могли бы напоминать более сложную экологию. Но как есть, они просто конкурируют за ресурсы.

Варьирование деталей в этом примере показывает нам кое-что еще: молекулы РНК приспосабливаются по-разному к различным окружающим средам. Молекулярная машина, называемая рибонуклеазой захватывает молекулы РНК, имеющие определённые последовательности элементов, находящихся на поверхности, и режет их пополам. Но молекулы РНК, подобно белкам, сворачиваются в структуры в зависимости от их последовательности, и путём сворачивания нужным образом они могут защищать свои уязвимые места. Экспериментаторы находят, что молекулы РНК развивают в процессе эволюции способность жертвовать быстрым размножением в пользу лучшей защиты, когда вокруг находится рибонуклеаза. Опять же, конкуренция способствует возникновению лучшего.

Заметьте, что в это описание вкрались термины из биологии: так как молекулы копируются, слово "поколение" выглядит правильным; молекулы "происходящие" от общего "предка" – "родственники", а слова "рост", "размножение", "мутация" и "конкуренция" также выглядят подходящими. Почему так? Потому что эти молекулы копируют себя с небольшими изменениями, также как это делают гены живых организмов. Когда различные репликаторы имеют различный успех, наиболее успешные имеют тенденцию накапливаться. Этот процесс, где бы он ни происходил, есть "эволюция".

В этом примере испытательной пробирки мы можем наблюдать эволюцию, раздетую до своих наиболее важных сущностных моментов, и освобождённую от противоречий, окружающих эволюцию жизни. Репликаторы РНК и белковые копировальные машины – это хорошо определённые наборы атомов, подчиняющихся хорошо понимаемым принципам и эволюционирующих в воспроизводимых лабораторных условиях. Биохимики могут делать РНК и белки из химических веществ, взятых "с полки", без помощи жизни.

Биохимики заимствуют эти копировальные машины от какого-либо вида вируса, который инфицирует бактерии и использует РНК как генетический материал. Эти вирусы выживают, входя в бактерию, получая свои копии путём использования её ресурсов, и затем выходя наружу, чтобы инфицировать новый бактерии. Копирование вирусной РНК с ошибками производит вирусы с мутациями, и вирусы, которые копируют себя более успешно, становятся более распространёнными; это – эволюция естественным отбором, очевидно названная "естественной" потому что она включает части природы, не относящиеся к человеку. Но в отличие от РНК из испытательной пробирки, вирусные РНК должны делать нечто большее, чем просто скопировать себя как просто молекулы. Успешные вирусные РНК должны также направлять бактериальные рибосомы для построения белковых устройств, которые, во-первых, позволяют им выбираться из старых бактерий, потом выживать снаружи, и в конце концов входить в новые бактерии. Эта дополнительная информация делает молекулы вирусных РНК длинной около 4500 элементов.

Чтобы копироваться успешно, ДНК больших организмов должны делать даже больше, направляя строительство десятков тысяч различных белковых машин и развитие сложных тканей и органов. Это требует тысяч генов, закодированных в миллионах или даже миллиардах элементов ДНК. Тем не менее принципиально процесс эволюции путём вариации и селекции сохраняется тем же самым и в испытательной пробирке, и в вирусах, и во многих других случаях.

Объяснение порядка

Имеется по крайней мере три способа объяснить структуру населения молекулярных репликаторов, появившуюся в ходе эволюции, будь то РНК испытательной пробирки, вирусные гены, или человеческие гены. Первый вид объяснения – методичное прослеживание их историй: насколько специфические мутации происходили и как они распространялись. Это невозможно без записи всех молекулярных событий, а такие записи каждого события были ли бы чрезвычайно утомительными.

Второй вид объяснения обращается к слову, отчасти вводящему в заблуждение: цель. В сущности молекулы просто случайно изменяются и выборочно копируются. Однако, если отойти несколько в сторону от процесса, можно было описывать результат, представляя, что выживающие молекулы изменялись, чтобы "достичь цель" репликации. Почему молекулы РНК, которые эволюционируют под угрозой со стороны рибонуклеазы, сворачиваются так, как они это делают? Конечно, в результате длительной истории со множеством деталей, но идея, что "они хотят избежать атак и выжить, чтобы размножаться" предсказала бы тот же результат. Язык цели даёт полезное сокращение (попробуйте без него обсуждать действия человека!), но появление цели не обязательно является результатом из функционирования ума. Пример РНК вполне хорошо это показывает.

Третий (и часто лучший) вид объяснения – в терминах эволюции. Он говорит, что порядок появляется путём вариации и селекции репликаторов. Молекула сворачивается определённым образом, потому что это походит на предков, которые размножались более успешно (избегая атаки и т.п.), и оставили потомков, включая себя. Как отметил Ричард Давкин, язык цели (если пользоваться им аккуратно) может быть переведён на язык эволюции.

Эволюция приписывает достижение успеха устранению неудачных изменений. Она таким образом объясняет положительное как результат двойного отрицания – объяснение, смысл которого кажется слегка трудным ухватить. Что хуже, она объясняет что-то видимое (успешные, нужные объекты) в терминах чего-то невидимого (неудачные объекты, которые исчезают). Поскольку только успешные животные производят потомство, кости которого остаются на местности, после неудачно сформированных образчиков прошлого не осталось даже большого количества останков.

Человеческой разум имеет тенденцию сосредотачиваться на видимом, ища положительные причины для положительных результатов, располагая силы позади правильных результатов. Однако после некоторых размышлений мы можем видеть, что этот большой принцип изменил наше прошлое и будет формировать наше будущее: эволюция происходит через вариацию и селекцию репликаторов.

Эволюционирующие организмы

История жизни – история гонки вооружения на базе молекулярных машин. Сегодня, в то время как эта гонка подходит к новой и более быстрой стадии, мы должны убедиться, что мы понимаем только, насколько глубокие корни имеет эволюция. Во времена, когда идеей биологической эволюции часто пренебрегают в школах и которая иногда подвергается нападкам, мы должны помнить, что доказательства её прочны как скала и также распространены как клетки.

Сама Земля в каменных страницах сделала запись истории жизни. На основаниях озера и морском дне, раковинах, костях, слой за слоем откладывался ил. Иногда движущийся поток или смещение пластов вымывали слои; в ином случае они просто становились глубже. Ранние слои сохранялись глубоко, раздавленные, спёкшиеся, пропитанные минеральными водами и наконец превратившиеся в камень.

В течение столетий геологи изучили камни, чтобы читать прошлое Земли. Уже давно они нашли морские раковины высоко в разрушившейся и рухнувшей скале горных цепей. К 1785 году, за семьдесят четыре года до ненавистной книги Дарвина, Джеймс Хуттон заключил, что грязь с морского дна была спрессована в камень и была поднята к небесам силами, пока ещё не понятными. Что ещё могли думать геологи, если сама природа врала?

Они видели, что окаменевшие кости и раковины отличались в одном слое от другого. Они видели, что раковины в слоях здесь соответствовали раковинам в слоях там, хотя слои могли находиться глубоко под землёй, находящейся между ними. Они назвали слои (A, B, C, D. .., или осагьяновский, мерамесьяновский, нижний честерианский, верхний честерианский и т.д.) и использовали характерные отложения, чтобы отслеживать слои в скалах. Перемешивание земной коры нигде не оставило полную последовательность слоёв, как она была, но геологи находили A, B, C, D, E в одном месте, C, D, E, F, G, H, I, J в другом и J, K, L где-то ещё и могли видеть, что A предшествовал L. Геологи, занимающиеся нефтяными месторождениями (даже те, кому нет дела до эволюции или её последствий) всё же используют отложения для определения геологического возраста пород и чтобы отслеживать слои, переходящие из одного места бурения в другое.

Ученые пришли к очевидному заключению. Также, как морские виды сегодня живут на широких площадях, жили и виды в прошлые годы. Также, как сегодня откладывается слой на слой, также происходило и тогда. Подобные раковины в подобных слоях отмечают отложения, произошедшие в ту же самую эпоху. Раковины изменяются в от слоя к слою, потому что виды изменялись от эпохи к эпохе. Это – то, что геологи нашли записанным в раковинах и костях на каменных страницах.

Верхние слои скалы содержат кости недавних животных, более глубокие слои содержат кости животных, теперь исчезнувших. Еще более ранние слои не показывают никаких следов любых современных видов. Ниже костей млекопитающих лежат кости динозавра; в более старых слоях находятся кости земноводных, далее идут раковины и кости рыб, ещё далее – вообще нет ни костей, ни раковин. Самые старые породы, несущие останки, содержат микроскопические следы отдельных клеток.

Радиоактивное датирование показывает, что этим самым старым следам несколько миллиардов лет. Клетки, более сложные чем бактерии, датируются временем, несколько больше чем один миллиард лет назад. История червей, рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих охватывает сотни миллионов лет. Кости, подобные костям человека датируются несколькими миллионами лет. Остатки цивилизаций датируются несколькими тысячами.

За три миллиарда лет жизнь, развивалась от отдельных клеток, способных впитывать химические вещества, к совокупностям клеток, реализующим разум, способный впитывать идеи. В пределах этого столетия технология развилась от парового локомотива и электрического света до космического корабля и электронно-вычислительной машины, и компьютеры уже учат читать и писать. С разумом и технологией, скорость развития сделала скачок в миллионы раз или больше.

Другой путь назад

Каменная книга делает запись форм давно умерших организмов, однако живые клетки также несут записи, генетические тексты, которые только теперь могут быть прочитаны. Также как с идеями о геологии, наиболее важные идеи относительно эволюции были известны прежде, чем Дарвин взял в руки перо.

В освещенных лампой храмах и монастырях, поколения писцов переписывали рукописи вновь и вновь. Иногда они делали ошибки в словах и предложениях – случайно ли, нарочно ли, или по приказу местного правителя, и по мере того, как копируемые рукописи копировались, с помощью человеческих копировальных машин, ошибки накапливались. Наихудшие из ошибок могли быть найдены и удалены, и знаменитые отрывки могли продолжать существование в неизменном виде, но различия накапливались.

Древние книги редко существуют в своих первоначальных версиях. Самые старые копии часто на столетия младше потерянных оригиналов. Тем не менее, из различных копий с отличающимися ошибками ученые могут восстанавливать версии, более близкие к оригиналу.

Они сравнивают тексты. Они могут прослеживать нисходящие линии от общих предков, потому что уникальные рисунки ошибок выдают копирование из общего источника. (Школьные учителя это знают: идентичные правильные ответы ни о чём не говорят, кроме как на контрольном сочинении, но горе студентам, сидящим рядом, кто сдал контрольные работы с одинаковыми ошибками!) Там, где все выжившие копии совпадают, учёные предполагают, что оригинал (или по крайней мере последний общий предшественник выживших копий) содержал те же самые слова. Там, где выжившие копии различаются, учёные изучают копии, которые происходили отдельно от отдалённого предка, потому что зоны совпадения тогда будут говорить об общем источнике в версии предка.

Гены походят на рукописи, написанные в четырёх-буквенном алфавите. Во многом также, как сообщение может принимать много форм на обычном языке (выразить идею с использованием совершенно различных слов – не слишком трудно), также различные генетические слова могут направить строительство идентичных белковых молекул. Более того, белковые молекулы с различными особенностями устройства могут выполнять одинаковые функции. Совокупности генов в клетке подобны целой книге, а гены – подобны старым рукописям, они копировались и перекопировались неаккуратными переписчиками.

Подобно ученым, изучающим древние тексты, биологи вообще работают с современными копиями своего материала (увы, нет биологических свитков Мертвого моря ранних дней жизни). Они сравнивают организмы с похожей внешностью (львы и тигры, лошади и зебры, крысы и мыши) и находят, что они дают подобные ответы на вопросы контрольного сочинения в своих генах и белках. Чем больше два организма различаются (львы и ящерицы, люди и подсолнухи), тем более разные ответы различаются, даже у молекулярных машин, выполняющих одинаковые функции. Продолжая в этом же духе, одинаковые животные делают те же самые ошибки, например, все приматы обделены ферментами для производства витамина С, это упущение, которое разделяется всего лишь двумя другими видами – гвинейской свиньёй и фруктовой летучей мышью. Это намёк на то, что мы, приматы, скопировали наши генетические ответы с общего источника много времени назад.

Тот же самый принцип, который показывает линии происхождения древних текстов (а это помогает исправить их ошибки копирования) таким образом также показывает линии происхождения современной жизни. Действительно, это указывает на то, что вся известная жизнь происходит от общего предка.

Выращивание репликаторов

Первые репликаторы на Земле развили способности, превышающие способности молекул РНК, копирующиеся в испытательных пробирках. К моменту, когда они достигли бактериальной стадии, они развили "современную" систему использования ДНК, РНК и рибосом для построения белка. Далее мутации изменили не только саму копирующуюся ДНК, но и белковые машины, а также живые структуры, которые они строят и которым придают форму.

Команды генов, формировали более сложные клетки, чем когда-либо, а затем направляли кооперацию клеток, что сформировало сложные организмы. Вариация и селекция благоприятствовали командам генов, которые формировали животных с хорошо защищающей кожей и голодными ртами, оживляемых нервами и мускулами, ведомых глазами и мозгом. Как это выразил Ричард Давкинс, гены строили всё более сложные машины выживания, чтобы помочь своему собственному копированию.

Когда гены собаки копируются, они часто перемешиваются с генами других собак, которые были отобраны людьми, которые затем отбирают, каких щенков держать и каким размножаться. В течение тысячелетий, люди превратили волко-подобных животных в серых гончих, декоративных пуделей, такс, и сенбернаров. Путём отбора, каким генам выживать, люди изменили и тело, и характер собак. Человеческие желания определили успех для генов собак; иные факторы определили успех для генов волка.

Мутация и отбор генов на протяжение многих эпох заполняли мир травой и деревьями, насекомыми, рыбой и людьми. Более недавно появлялись и умножались другие объекты – инструменты, здания, самолеты, и компьютеры. И подобно безжизненным молекулам РНК, эти аппаратные средства эволюционировали.

Эволюция технологии

Также как камни Земли записывают возникновение всё более сложных и дееспособных форм жизни, так что реликвии и письма человечества записывают появление всё более сложных и дееспособных форм средств производства. Наши самые старые выжившие средства производства – это сам камень, погребённый вместе с останками наших предков; наши самые новые средства производства летают над нашими головами.

Взгляните на комплекс предков космического челнока. Со стороны самолетов, он происходит от алюминиевых реактивных самолетов шестидесятых, которые сами произошли по линии, идущей в прошлое через алюминиевые этажерки Второй Мировой Войны, к бипланам из дерева и материи времён Первой Мировой, и к планёрам с мотором братьев Райт, и, наконец, к игрушечным планёрам и воздушным змеям. Со стороны ракет, космический челнок восходит к ракетам для полётов на луну, к военным ракетам, к артиллерийским ракетам прошлого века ("и ракет красные вспышки…"), и наконец к фейерверкам и игрушкам. Этот гибрид из самолёта и ракеты летает и путём варьирования компонентов и конструкции, аэрокосмические инженеры будут разрабатывать ещё лучшие челноки.

Инженеры говорят о "поколениях" технологии; Японский проект компьютера "пятого поколения" показывает, насколько стремительно растут и множатся некоторые технологии икра. Инженеры говорят о "гибридах", "конкурирующих технологиях" и их "быстром размножении". Директор по исследованиям фирмы IBM, Ральф. Е. Гомори подчёркивает эволюционную природу технологии, когда пишет о том, что "развитие технологии – намного более эволюционно, чем революционно или ориентированно на прорывы, чем большинство людей себе представляет." (Действительно, даже прорывы, такие важные, как молекулярные ассемблеры, будут развиваться через много маленьких шагов.) В цитате, которая предшествует этой главе, профессор Герберт А. Симон университета Карнеги-Мелон подталкивает нас к тому, чтобы "думать о процессе конструирования как о включающем, во-первых, генерацию альтернатив, а затем тестирования этих альтернатив по целому ряду требований и ограничений." Генерация и тестирование альтернатив – это синонимы вариации и селекции.

Иногда различные альтернативы уже существуют. В "Одном высоко развитом комплекте инструментов" в "Следующем всеобъемлющем земном каталоге", Дж. Болдуин пишет: "Наш портативный магазин развивается уже примерно в течении двадцати лет. На самом деле нет ничего особого в нём за исключением непрерывного процесса удаления устаревших и не отвечающих требованиям инструментов и замены их на более подходящие, что имеет результатом коллекцию, которая стала системой для производства вещей, а не просто грудой оборудования."

Болдуин точно использует термин "развивающийся". Изобретение и изготовление на протяжение тысячелетий производили изменения в конструкции инструментов, и Болдуин отсеивал текущий урожай конкурентным отбором, сохраняя те, что работали лучше всего с другими его инструментами, чтобы служить его нуждам. За годы вариации и селекции его система эволюционировала – процесс, который очень рекомендуется. На самом деле, он настаивает на том, что никогда не надо планировать покупку полного набора инструментов. Вместо этого, он предлагает покупать инструменты, которые часто приходится занимать, инструменты, отобранные не теорией, а опытом.

Технологические изменения часто делаются специально, в том смысле, что инженерам платят, чтобы они изобретали и тестировали. Однако, некоторые новинки есть чистая случайность, подобно открытию сырой формы тефлона в цилиндре, в котором предположительно должен был быть газ тетрафлюороэтилен: когда открыли клапан, она остался внутри; когда клапан распилили, чтобы расширить отверстие, там оказалось странное, твердое вещество, похожее на воск. Другие новинки произошли от систематических просчётов. Эдисон пробовал обугливать все от бумаги до бамбука и паутины паука, пытаясь найти хорошую нить накаливания для лампочки. Чарльз Гудиар просиживал на кухне в течение долгих лет, пытаясь превратить клейкую натуральную резину в прочное вещество, пока наконец случайно не уронил сульфурированную резину в горячую печку, выполнив первую грубую вулканизацию.

В разработке, метод информированных проб и ошибок, а не планирование безупречного интеллекта, принесло большинство продвижений вперёд; вот почему инженеры строят опытные образцы. Петерз и Ватерман в своей книге "В поиске совершенства" показывают, что тот же самое продолжает быть истинным и для совершенствования продуктов, и для совершенствования политики компаний. Вот почему наилучшие из компаний создают "среду и комплекс отношений, которые поощряют экспериментирование", и почему они развиваются "очень по-дарвински".

Фабрики создают порядок через вариацию и селекцию. Грубые системы по контролю качества проверяют и отказываются от дефектных частей перед тем, как собирать изделия, а сложные системы управления качеством используют статистические методы, чтобы выяснять причины дефектов и помогая инженерам изменять производственный процесс, чтобы минимизировать дефекты. Японские инженеры, основываясь на работе В. Эдварда Деминга по статистике контроля качества, сделали такую вариацию и селекцию промышленных процессов опорой успеха экономики своей страны. Системы, основанные на ассемблерах, также будут нуждаться в измерении результатов, чтобы исправлять дефекты.

Контроль качества – своего рода эволюция, имеющая целью не изменение, а устранение вредных изменений. Но также, как дарвинская эволюция может сохранять и распространять благоприятные мутации, также качественные системы контроля могут помогать менеджерам и рабочим сохранять и распространять более эффективные процессы, возникают ли они случайно или преднамеренно.

Всё, что делают инженеры и изготовители, готовит изделия к их последнему испытанию. выйдя на рынок, бесконечное множество гаечных ключей, автомобилей, носков и компьютеров конкурируют за благосклонность покупателей. Когда информированные покупатели свободны выбрать, изделия, которые умеют делать слишком мало, или стоят слишком много в конце концов не могут воспроизводиться. Также как в природе, испытание конкуренцией делает вчерашнего победителя в конкуренции завтрашним донным отложением. "Экология" и "экономика" имеют общего больше, чем только лингвистические корни.

И на рынке и на реальных и воображаемых полях битвы, глобальное соревнование заставляет организации изобретать, покупать, выпрашивать и воровать всё более действенные технологии. Некоторые организации конкурируют большей частью в предложении людям лучших товаров, другие конкурируют большей частью в запугивании их более совершенным оружием. Обоих толкает прессинг эволюции.

Глобальная гонка технологий ускорялась в течение миллиардов лет. Слепота земляного червя не могла блокировать развитие зорких птиц. Маленький мозг и неуклюжие крылья птицы не могли блокировать развитие человеческих рук, умов и стреляющих ружей. Аналогично, местные запреты не могут блокировать развитие военной и коммерческой технологии. По-видимому, мы должны управлять гонкой технологий или умереть, однако сила технологической эволюции делает из антитехнологических движений посмешище: демократические движения за местные ограничения могут ограничить только мировые демократии, но не мир в целом. История жизни и потенциал новых технологий подсказывает некоторые решения, но это – вопрос из Части 3.

Эволюция конструкций

Могло бы показаться, что конструирование предполагает альтернативу эволюции, но проектирование вовлекает эволюцию двумя различными способами. Во-первых, развивается сама практика проектирования. Не только инженеры накапливают работающие конструкции, но они накапливают методы работающие проектирования. Они включают весь спектр от изложенных в книжечке стандартов по выбору труб до управленческих систем для организации исследований и разработок. И как утверждал Альфред Норд Вайтхэд, "Величайшим изобретением девятнадцатого века было изобретение метода изобретений."

Во-вторых, конструкция сама развивается путём вариации и селекции. Инженеры часто использует математические законы, разработанные, чтобы описывать, к примеру, тепловые потоки и эластичность, чтобы проверять моделируемые конструкции перед тем, как их строить. Таким образом намечают планы, далее цикл конструирования, вычислений, критики и изменения конструкции, избегая тем самым расходов по непосредственной обработке металла. Таким образом создание конструкций происходит через нематериальную форму эволюции.

Например, закон Хука описывает, как металл гнётся и распрямляется: деформация пропорциональна приложенному напряжению; в два раз увеличивается напряжение, в два раза увеличивается растяжение. Хотя он только приблизительно правилен, он продолжает быть довольно точным, пока эластичность металла наконец не уступает напряжению. Инженеры могут использовать форму закона Хука для разработки бруса металла, который способен поддерживать груз без слишком большого изгиба, а затем сделать его только немного более толстым, чтобы учесть погрешности в законе и в своих конструкторских вычислениях. Также они могут использовать форму закона Хука для описания изгиба и скручивания крыльев самолёта, теннисных ракеток и автомобильных каркасов. Но простые математические уравнения не подходят прямо для таких изогнутых структур. Инженеры должны подгонять уравнения для упрощения форм (частей конструкции), и далее собрать эти частичные решения для описания изгиба целого. Это – метод (называемый "анализ конечных элементов"), который обычно требует огромных вычислений, а без компьютеров он был бы невыполним. С компьютерами он стал общеупотребительным.

Такое моделирование продолжает древнюю тенденцию. Мы всегда воображали последствия, в надежде и в страхе, когда нам нужно было выбирать курс действия. Более простые мысленные модели (будь то врожденные или приобретённые) несомненно также управляют и животными. Базируясь на правильных мысленных моделях, мысленный эксперимент может заменить более дорогостоящие (или даже смертельно опасные) физические эксперименты – приобретение, которой эволюция благоприятствовала. Инженерное моделирование просто продолжает эту способность воображать последствия, чтобы делать ошибки мысленно, а не в действиях.

В "Одном высоко развитом комплекте инструментов"" Дж. Болдуин обсуждает, как инструменты и мысли смешиваются в работе единичного производства: "вы начинаете встраивать вашу инструментальную способность в то, как вы думаете о создании вещей. Как скажет вам каждый, кто долго работает, инструменты скоро становятся чем-то вроде автоматической частью процесса конструирования… Но инструменты не могут становиться частью вашего процесса конструирования, если вы не знаете, что у вас есть и что каждый инструмент делает."

Наличие ощущения способностей инструментов необходимо при планировании индивидуального проекта для поставки в следующую среду; и это не менее существенно при формировании стратегии для управления крупными достижениями грядущих десятилетий. Чем лучше наше ощущение инструментов будущего, тем более основательными будут наши планы выживания и процветания.

Мастер в цехе может держать инструменты в пределах видимости; работа с ними каждый день делает их знакомыми его глазам, рукам и разуму. Он узнаёт их способности естественным образом и может непосредственно творчески использовать это знание. Но люди, такие как мы, которым требуется понять будущее, встают перед более сложной задачей, поскольку будущие инструменты существуют сейчас только как идеи и как возможности, заложенные в законы природы. Эти инструменты не висят на стене, и не производят впечатления на разум через свой вид, звук или прикосновение, также они не будут это делать, пока не появятся как реальные предметы. В следующие годы подготовки только изучение, воображение и мысль могут сделать их способности реальными для ума.

Какими будут новые репликаторы?

История показывает нам, что средства производства развиваются. РНК из испытательной пробирки, вирусы и собаки – всё показывает, как эволюция движется модификацией и тестированием репликаторов. Но средства производства (сегодня) не могут воспроизводить себя, так что где же репликаторы в свете эволюции технологии? Что является генами машин?

Конечно, нам нет нужды действительно идентифицировать репликаторы, чтобы распознать эволюцию. Дарвин описал эволюцию ранее, чем Мендель обнаружил гены, а генетики узнали много о наследственности прежде, чем Ватсон и Крик открыли структуру ДНК. Дарвин не нуждался в знании молекулярной генетики, чтобы понять, что организмы различаются и что некоторые оставляют больше потомков.

Репликатор – это структура, которая способна сделать так, чтобы образовалась её копия. Ей может требоваться помощь; без копирующих белковых машин ДНК не могла бы себя копировать. Но по этому стандарту, некоторые машины – репликаторы! Компании часто делают машины, которые попадают в руки конкурента; конкурент далее изучает их секреты и строит копии. Также как гены "используют" белковые машины, чтобы себя копировать, также такие машины "используют" человеческие умы и руки, чтобы размножаться. С нанокомпьютерами, управляющими ассемблерами и дизассемблерами, копирование средств производства могло бы даже быть автоматизировано.

Человеческий разум, однако намного более тонкая машина имитации, чем любая простая белковая машина или ассемблер. Голос, письмо и рисунок могут передать конструкции из разума к разуму прежде, чем они примут форму как аппаратные средства. Идеи, стоящие за методами разработки, ещё более тонкие: более абстрактные, чем аппаратные средства, они копируются и функционируют исключительно в мире разума и систем символов.

Там, где гены эволюционировали в течение поколений и эпох, мысленные репликаторы пока эволюционируют в течение дней и десятилетий. Подобно генам, идеи расщепляются, объединяются и принимают многообразные формы (гены могут быть расшифрованы из ДНК в РНК и снова использованы; идеи могут быть переведены с языка на язык). Наука не может пока описать нейронные структуры, которые воплощают идеи в мозгу, но любой может видеть, что идеи мутируют, воспроизводятся и конкурируют. Идеи подвержены эволюции.

Ричард Давкинс называет элементы воспроизводящихся мысленных структур "мимами" (англ. "meme"). Он говорит: "примеры мимов – мелодии, идеи, общеупотребительные выражения, мода в одежде, способы производства горшков и постройки арок. Также, как гены размножаются в среде генов, перескакивая от тела к телу (от поколения к поколению) через сперму или яйца, также мимы размножаются в среде мимов перескакивая из мозга в мозг посредством процесса, который в широком смысле может называться имитацией."

Существа разума

Мимы копируются, потому что люди учатся и учат других. Они изменяются, потому что люди создают новые и неправильно истолковывают старые. Они подвергаются селекции (отчасти), потому что люди не верят или повторяют все, что слышат. Также как молекулы РНК из испытательной пробирки конкурируют за ограниченные в количестве копировальные машины и строительные элементы, мимы должны конкурировать за ограниченный ресурс – человеческое внимание и усилия. Так как мимы формируют поведение, их успех или неудача – это жизненно важный вопрос.

Начиная с древних времён, мысленные модели и способы поведения передавались от родителя ребенку. Мимические структуры, которые помогают выживанию и воспроизводству, имели тенденцию распространяться. (Ешьте этот корень только после приготовления; не ешьте те ягоды, их злой дух будет скручивать ваши кишки." Год за годом, люди поступали по-разному и с разнообразными результатами. Год за годом кто-то умирал, в то время как остальные находили новые способы выживания и передавали их дальше. Гены построили мозги на принципе имитации, поскольку имитируемые структуры были в целом полезны: в конце концов их носители выживали и распространяли их.

Сами мимы, тем не менее, встречают свои собственные вопросы "жизни" и "смерти": как репликаторы, они развиваются исключительно, чтобы выживать и распространяться. Подобно вирусам, они могут воспроизводиться, не помогая выживанию или благосостоянию их хозяина. В действительности мим "жертвы во имя" может распространяться через сам факт убийства своего хозяина.

Гены, подобно мимам, выживают, используя различные стратегии. Некоторые гены утки распространили себя, поощряя уток разбиваться на пары для заботы о твоих яйцах, несущих гены и молодняка. Некоторые гены утки распространили себя (находясь в самцах утки), поощряя насилие, а некоторые (находясь в самках утки), поощряя отложение яиц в гнёздах других уток. Ещё одни гены, обнаруживаемые в утках – гены вируса, способные распространяться без того, чтобы производить новых уток. Защита яиц помогает виду уток (и индивидуальным генам уток) выживать; насилие помогает одному набору утиных генов в ущерб другому; инфекция в общем случае помогает вирусным генам за счёт утиных генов. Как отмечает Ричард Давкин, гены "заботятся" только о копировании себя: они ведут себя эгоистично.

Но эгоистичные мотивы могут поощрять кооперацию. Люди, ищущие деньги и признание для себя, сотрудничают, чтобы строить корпорации, которые служат потребностям других людей. Эгоистичные гены сотрудничают, чтобы строить организмы, которые сами часто сотрудничают. Даже в этом случае, чтобы вообразить, что гены автоматически служат какому-то благу более высокого уровня (своим хромосомам? своим клеткам? телам? своим видам?), нужно неправильно понимать общее действие лежащей в основе причины. Игнорировать эгоистичность репликаторов значит быть убаюканным опасной иллюзией.

Некоторые гены в клетках – полнейшие паразиты. Подобно генам герпеса, вставленным в человеческие хромосомы, они эксплуатируют клетки и вредят их хозяевам. Однако если гены могут быть паразитами, почему не также ими быть мимы?

В "Расширенном фенотипе", Ричард Давкинс описывает червя, который паразитирует на пчеле и заканчивает свой жизненный цикл в воде. Он попадает из пчелы в воду, заставляя пчелу-хозяина нырнуть и умереть. Точно так же муравьиный мозговой червь должен войти в овцу, чтобы закончить свой жизненный цикл. Чтобы это сделать, они прогрызают отверстие в мозгу хозяина-муравья, некоторым образом вызывая такие изменения, что заставляет муравья "хотеть" взобраться на верхушку стебля травинки и ждать, пока в конце концов его не съест овца.

Как черви входят в другие организмы и используют их, чтобы выживать и копироваться, так же делают мимы. Действительно, отсутствие мимов, эксплуатирующих человека для своих собственных эгоистичных целей было бы удивительно, это было бы признаком некоторой мощной, действительно, почти совершенной, умственной иммунной системы. Но мимы-паразиты явно существуют. Также как вирусы научились побуждать клетки производить вирусы, также слухи научились звучать правдоподобно и пикантно, побуждая повторение. Спросите, не является ли слух правдой, а как он распространяется. Опыт показывает, что идеям, научившимся быть успешными репликаторами, нужно иметь лишь очень немного от правды.

В лучшем случае письма по цепочке, ложные слухи, модные глупые поступки, и другие умственные паразиты вредят людям, тратя впустую их время. В худшем случае, они внедряют смертельные заблуждения. Эти системы мимов эксплуатируют человеческое невежество и уязвимость. Их распространение подобно тому, что у кого-то простуда и он чихает на своих друзей. Хотя некоторые мимы действуют во многом подобно вирусам, заразность не обязательно является чем-то плохим (вспомните заразную улыбку или заразную хорошую натуру). Если набор идей имеет достоинство, то такая заразность просто повышает её достоинство, и действительно, лучшие этические учения также нас учат учить этике других. Хорошие публикации могут развлекать, обогащать понимание, помогать суждению и рекламировать подарочные подписки. Распространение полезных систем мимов подобно предложению полезных зёрен для сада друга.

Отбор идей

Паразиты заставили организмы развивать иммунные системы, такие как ферменты, которые используют бактерии для отражения вторгающихся вирусов, или блуждающие белые клетки крови, которые используют наше тело для уничтожения бактерий. Мимы-паразиты заставляют разум вступить на подобный путь разработки систем мимов, которые служат умственными иммунными системами.

Старейшая и самая простая умственная иммунная система просто даёт команду: ""верь старому и отбрасывай новое". "Что-то вроде этой системы обычно удерживало племена от отказа от старого, проверенного пути в пользу безумства новых идей – таких как идея повиновения предполагаемым приказам призрака уничтожить весь скот и всё зерно племени, и что это принесёт каким-то образом чудесное изобилие пищи и армии предков выгонят чужеземцев. (Этот пакет мимов заразил племя Ксоза из Южной Африки в 1856 году; к следующему году 68 000 умерли, большей частью от голода.)

Иммунная система вашего тела следует подобному правилу: она обычно принимает все типы клеток, присутствовавшие в начале жизни и отторгает как инородные и опасные такие, как потенциальные раковые клетки и вторгающиеся бактерии. Этот простая система "отбрасывай новое" когда-то работала хорошо, однако в век трансплантации органов она может убить. Аналогично, в век, когда наука и технология – постоянно присутствующие факторы, которые и новые и заслуживающие доверия, негибкая умственная иммунная система становится опасной помехой.

При всех своих недостатках, тем не менее принцип "отклоняй всё новое" прост и предлагает реальные преимущества. Традиция содержит многое, что испытано и истинно (или, если не истинно, то по крайней мере осуществимо). Изменение рискованно: как большинство мутаций носят отрицательный характер, также и большинство новых идей неправильно. Даже разум может быть опасен: если традиция связывает обоснованную практику со страхом приведений, то слишком уверенная в себе рациональная мысль может отвергнуть хорошее вместе с ложным. К сожалению, традиции, которые в процессе эволюции стали нести нечто хорошее, могут быть менее привлекательными, чем идеи, в процессе эволюции научившиеся выглядеть хорошими, когда исследуют первые, самая глубоко обоснованная традиция может быть смещена худшими идеями, которые выглядят более привлекательно для рационального ума.

Однако мимы, которые запечатывают разум против новых идей, защищают себя способом, вызывающим подозрения в обслуживании собственных интересов. Защищая ценные традиции от неуклюжего редактирования, они также могут ограждать паразитирующую бессмыслицу от испытания истиной. Во времена быстрых изменений они могут делать умы опасно косными.

Многое из истории философии и науки может рассматриваться как поиск лучших умственных иммунных систем, лучших способов отклонять ложное, бесполезное и вредное. Лучшие системы уважают традицию, однако поощряют эксперимент. Они предлагают стандарты для оценки мимов, помогая уму различить паразитов и полезные инструменты.

Принципы эволюции обеспечивают способ рассматривать изменение, будь то в молекулах, организмах, технологиях, умах или культурах. Встают те же самые основные вопросы: Что такое репликаторы? Как они различаются? Что определяет их успех? Как они защищаются против захватчиков? Эти вопросы возникают снова, когда мы рассматриваем последствия революции ассемблеров, и ещё раз, когда мы рассматриваем, как общество могло бы поступить с её последствиями.

Принципы эволюционного изменения, имеющие глубокие корни, будут формировать развитие нанотехнологии, даже когда различие между аппаратными средствами компьютеров и жизнью начнёт стираться. Эти принципы показывают много о том, на что мы можем и не можем надеяться достичь, и они могут помочь нам сконцентрировать наши усилия, чтобы формировать наше будущее. Они также говорят нам много о том, что мы можем и не можем предсказать, потому что они управляют эволюцией не только материального, но и эволюцией самого знания.