Случайный поиск в живой природе

 

В многострадальной истории человечества есть три гения, которые очень «огорчили» современников своими открытиями. И эти огорчения были связаны прежде всего с тем, что их открытия заставляли современников подумать о себе хуже, чем им хотелось, то есть низводили человека с небес его представлений на грешную землю.

Это были Николай Коперник, Чарлз Дарвин и Нор- берт Винер. Н. Коперник очень огорчил святую церковь, доказав, что не Земля находится в центре нашей системы, а Солнце. Отцы иезуиты долго не могли простить ему того, что Земле присвоен лишь четвертый ранг (после Солнца, Меркурия и Венеры) — ведь это почти провинция! И лишь счастливая случайность избавила его от костра.

«Обидчиком» был Н. Винер — создатель кибернетики, науки об управлении сложными объектами любой природы: от технических до биологических. Многим было обидно, что их уникальная деятельность укладывается в «железные» законы теории управления. До мысли о костре не дошло — уж слишком много полезных технических результатов удалось получить, используя методы и методологию кибернетики. Но сама идея, что методы управления едины и не зависят от природы объекта, будь он техническим устройством или живым организмом, многим показалась крамольной.

Но самым большим «обидчиком» справедливо считается Ч. Дарвин — создатель эволюционной теории развития живых существ. Уж слишком противна многим была мысль о происхождении человека от обезьяны. (Заметим, что именно эта самая последняя стадия эволюции больше всего раздражала противников Ч. Дарвина. А то, что эволюция прошла от амебы до обезьяны,, то есть неимоверно более сложный путь, чем от обезьяны до человека, их не беспокоило.)

Величие идей эволюции живого мира поразила и лучшие умы того времени. Так, известно, что в свое время К. Маркс хотел посвятить свой «Капитал» Ч. Дарвину. Что же такое биологическая эволюция? И какую роль в ней играет случайность? Однако прежде следует ответить на другой вопрос — что такое жизнь?

Едва ли найдется что-либо более естественное и более сложное, чем живое существо. Но что такое жизнь? До сих пор строгого, точного и однозначного ответа на этот вопрос никто дать не может. Возможно, что такого ответа и вообще не существует. Однако для нашего кибернетического разговора о жизни достаточно ограничиться лишь тремя ее основными особенностями. Всякое живое существо всегда и везде обладает по крайней мере тремя свойствами:

1. Воспроизводимостью, то есть способностью порождать существо, себе подобное.

2. Наследственностью — способностью передавать родительские черты детям. Это консервативное свойство позволяет сохранить в организме потомка особенности родителей. Нетрудно же представить, какой ералаш получился бы, если бы это свойство было утрачено!

3. Изменчивостью, то есть способностью к изменению — мутации. Это свойство гарантирует потомкам блеск индивидуальности и позволяет им не быть копией или средним арифметическим своих родителей.

Роль этих трех факторов для жизни трудно переоценить. Без воспроизведения жизнь перестала бы существовать. Без наследственности не было бы преемственности между поколениями и, значит, видовые особенности родителей не передавались бы детям. И наконец, без мутации не было бы изменчивости и развитие жизни не пошло бы далее ее первоначальных форм.

Носителем случайности в процессе эволюции являются мутации, вызывающие изменчивость, которая обеспечивает живые существа столь ценными и необходимыми индивидуальными свойствами. Их ценность прежде всего заключается в том, что дает (точнее, может дать) дополнительные возможности по приспособлению к среде обитания, к своим врагам и сородичам... Именно поэтому так важно знать механизм образования мутаций. А он таков.

Известно, что ткани любого живого организма состоят из клеток. Каждая клетка содержит ядро, которое, в свою очередь, содержит хромосомы — длинные тонкие нити, видимые только в очень сильный микроскоп, и то не всегда. Хромосомы являются носителями всей (точнее, почти всей — на 99 процентов) наследственной информации об организме. Говоря кибернетическим языком, хромосомы — это программы создания нового организма, где команды записаны на языке химических соединений. Различный порядок следования этих соединений в хромосоме кодирует различные свойства будущего организма, такие, например, как цвет глаз, форма носа, манера улыбаться (у человека) и т. д.

Единицу наследственности принято называть геном. А все гены вместе, определяющие организм, называют генотипом. Генотип каждого из нас уникален, что и определяет нашу непохожесть на других. В тех редких случаях, когда генотипы двух организмов совпадают, получаются идентичные существа. Это происходит в случае, когда они рождаются из одной яйцеклетки, и называют их однояйцевыми близнецами. Их идентичность определяется идентичностью их генотипов.

При делении клетки сначала делятся хромосомы; каждая хромосома как бы удваивается и образует две совершенно одинаковые хромосомы, которые немедленно расходятся. После делений всех хромосом делится ядро, а потом делится остальное вещество клетки, и обе половинки оформляются в самостоятельные клетки. Так, из одной клетки возникают сначала две совершенно одинаковые клетки, потом после второго деления — четыре, затем восемь, шестнадцать и т. д.

Процесс, при котором происходит удвоение хромосом, чрезвычайно строг. Едва ли можно в технике найти аналог столь точного и безошибочного механизма. При зарождении организма из одной клетки развиваются миллионы с совершенно одинаковыми хромосомами. Однако в мире нет ничего абсолютного, имеется предел точности даже такого процесса. Иногда, очень редко, в этом процессе что-то нарушается — происходит случайный сбой, и наследственная информация, которую несет хромосома, несколько изменяется. Это происходит из-за того, что в результате какой-то случайной помехи хромосома случайно становится чуть-чуть иной (хромосомы тоже живут в нашем случайном мире). Процесс случайного изменения хромосомы и получил название мутации.

Причиной мутаций могут быть самые разнообразные явления — радиация, температура, химические воздействия и... просто случайные помехи в процессе удвоения хромосом.

Когда хромосома, в которой произошла мутация, удваивается, она, как и прежде, точно воспроизводит самое себя, повторяя структуру, полученную в результате мутации. Следовательно, «наследство» мутированной хромосомы также мутированно.

А к чему приводят мутации? Может быть, ввиду малости они не оказывают существенного влияния на организм? Как может сказаться очень незначительное изменение строения хромосомы на его развитии?

Ответ на эти вопросы будет ясным, если вспомнить, что хромосома, по сути дела, является системой команд, отдаваемых в процессе развития существа. Эти команды и формируют организм. Ясно, что утрата одной из команд или замена ее другой может оказать очень большое влияние на развитие отдельных частей и существа в целом. (Попробуйте изменить одну команду в программе на рисунке на стр. 66, и она будет вычислять все, что угодно, кроме площади заданной фигуры.)

Так как мутации случайны, то они приводят к возникновению у развивающегося организма сугубо индивидуальных особенностей, отличающих его от родителей и сверстников. Эти отличительные свойства могут затронуть любую часть или функцию организма.

Такое случайное воздействие может привести к роковому исходу, если мутация нарушила работу какого-то ответственного органа или лишила существо его каких-то важных приспособительных черт. Мутация может быть благотворной, если благодаря ей развиваются качества, способствующие лучшему приспособлению к окружающей его среде. Результат мутации может быть и безразличным, то есть не оказывает пока ни хорошего, ни плохого влияния на жизнедеятельность организма (например, при изменении формы носа, если, разумеется, он не уродлив, что не смогут не отметить представители противоположного пола и понизить тем самым вероятность передачи этой мутации следующему поколению.) Именно мутации дают возможность изменять живые существа. А вот целенаправленность этого случайного изменения образуется за счет естественного отбора. Открытие Ч. Дарвина фактически сводилось к открытию этого механизма.

  • Как удобно ездить в комфортном авто! Я полагаю, с этим утверждением согласятся многие! Что скажите Вы? У Вас есть личная машина? А, может быть, хотите приобрести? Если Вы хотите узнать много полезной информации про автомобили (немецкие, седаны и т.п.), если Вас интересует volkswagen touareg отзывы владельцев и цены в Харькове, посетите http://volkswagen.kharkov.ua – полезный для автовладельцев ресурс, который поможет найти ответы на интересующие Вас вопросы по автомобильной тематике!