Текст книги "Река, выходящая из Эдема. Жизнь с точки зрения дарвиниста"
Автор книги: Ричард Докинз
Жанр:
Научпоп
сообщить о нарушении
Текущая страница: 1 (всего у книги 3 страниц)
Ричард Докинз
Река, выходящая из Эдема. Жизнь с точки зрения дарвиниста
Памяти
Генри Кольера Докинза (1921–1992), члена совета Сент-Джонс-колледжа, Оксфорд, мастера в искусстве делать все понятным
© Richard Dawkins, 1995
© А. Гопко, перевод на русский язык, 2020
© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2020
© ООО “Издательство АСТ”, 2020
Издательство CORPUS ®
Предисловие
Пит Хейн описывает классический девственно-нетронутый мир физики. Но когда в один прекрасный момент играющие в бильярд атомы отрикошечивают так, что из них складывается объект, который обладает одним, с виду безобидным, свойством, во Вселенной происходит нечто роковое. Свойство, о котором идет речь, – это способность к самовоспроизводству. Иными словами, возникший объект может, используя находящиеся под боком материалы, создавать точные копии самого себя, в том числе со всеми незначительными изъянами, изредка возникавшими при предыдущих копированиях. Где бы во Вселенной ни произошло такое событие, его следствием оказывается дарвиновский отбор, а отсюда уже рукой подать до той барочной пышности, которую мы здесь, на этой планете, именуем жизнью. Никогда прежде объяснение столь многих фактов не вытекало из столь немногочисленных логических посылок. Мало того, что теория Дарвина обладает невероятно могущественной способностью давать объяснения, она еще и делает это на удивление экономно, с такой атлетической грацией и таким поэтическим изяществом, до каких далеко даже самым впечатляющим мифам о происхождении мира. Одной из моих целей при написании этой книги было воздать подобающие почести той способности вдохновлять, которая присуща современному дарвиновскому пониманию жизни. В митохондриальной Еве больше поэзии, чем в ее мифологической тезке. Особенностью живых существ, приводящей, по словам Давида Юма, «в восхищение всех, кто когда-либо созерцал их»[3]3
«Диалоги о естественной религии», ч. II, перевод С. И. Церетели.
[Закрыть], является та замысловатая точность, с какой их механизмы – механизмы, которые Чарльз Дарвин называл «органами крайней степени совершенства и сложности»[4]4
Цитируется по изданию Дарвин Ч. Происхождение видов путем естественного отбора. Л.: Наука, 1991.
[Закрыть], – соответствуют выполнению какой-либо очевидной задачи. Другая изумляющая нас черта земной жизни – это ее буйное многообразие: если исходить из примерных оценок числа биологических видов, то на свете есть несколько десятков миллионов различных способов обеспечивать свое существование. Еще одна моя цель в этой книге – убедить читателей в том, что понятие «способы обеспечивать свое существование» равносильно «способам передавать в будущее тексты, закодированные в ДНК». «Река», о которой пойдет речь, – это река ДНК, текущая сквозь геологические эпохи и разветвляющаяся на многочисленные рукава. А метафора крутых берегов, отграничивающих генетические игры разных видов друг от друга, окажется, как мы увидим, на удивление наглядным и удобным риторическим приемом.
Все мои книги так или иначе были посвящены объяснению и изучению практически безграничной мощи дарвиновского закона – мощи, которая высвобождается везде и всегда при наличии достаточного времени для того, чтобы последствия начавшегося процесса самокопирования успели проявиться во всей красе. «Река, выходящая из Эдема» продолжает ту же миссию и доводит историю о том, что может произойти после вступления репликаторов в прежде незамысловатую игру атомных бильярдов, до кульминации, выходящей за пределы земного шара.
При написании этой книги я имел удовольствие получать в различных пропорциях поддержку, одобрение, советы и конструктивную критику от Майкла Бёркетта, Джона Брокмана, Стива Дэвиса, Дэниела Деннета, Джона Кребса, Сары Липпинкотт, Джерри Лайонса и в особенности от своей жены Лаллы Уорд, являющейся, кроме того, автором иллюстраций. То там, то сям попадаются абзацы, взятые в переработанном виде из ранее опубликованных статей. Фрагменты первой главы, посвященные цифровому и аналоговому кодам, написаны на основе моей статьи в журнале The Spectator от 11 июня 1994 года. Приводящийся в третьей главе рассказ о работе Дана Нильссона и Сусанны Пельгер по эволюции глаза я частично взял из своей статьи, напечатанной в разделе «Новости и мнения» журнала Nature от 21 апреля 1994 года. Выражаю признательность редакторам обоих этих изданий, заказавшим мне упомянутые статьи. И наконец, я благодарен Джону Брокману и Энтони Читэму за само предложение опубликоваться в серии «Мастера науки».
Оксфорд, 1994 г.
Глава 1
Цифровая река
У любого народа есть величественные мифы о племени его предков, и легенды эти нередко приобретают форму религиозных культов. Люди чтут своих предков и даже поклоняются им – причем вполне заслуженно, ведь именно у настоящих предков, а вовсе не у сверхъестественных божеств, хранится ключ к пониманию жизни. Большинство рождающихся на свет организмов погибает, не достигнув зрелости. Что же касается выжившего и размножившегося меньшинства, то лишь совсем немногие из него могут рассчитывать на то, что хотя бы один их потомок будет жив тысячу поколений спустя. Все будущие поколения смогут называть своими предками только это меньшинство меньшинства, только эту прародительскую элиту. Предки – это редкость, а потомки – явление заурядное.
Все когда-либо жившие организмы – любое животное и любое растение, любая бактерия и любой гриб, все ползучие гады и все читатели этой книги – могут оглянуться в прошлое и с гордостью заявить следующее: «Ни единый из наших предков не умер в младенчестве. Все они достигли половой зрелости, и каждый из них сумел найти хотя бы одного партнера противоположного пола, чтобы благополучно с ним совокупиться[5]5
Строго говоря, тут бывают исключения. Некоторые животные – например, тли – размножаются, не прибегая к половому процессу. Современные люди, благодаря таким технологиям, как искусственное оплодотворение, тоже могут завести ребенка, не вступая в половую связь и даже – поскольку яйцеклетки для оплодотворения in vitro могут быть взяты у плода женского пола – не достигая половой зрелости. Но в большинстве случаев на убедительность моих аргументов эти исключения никак не влияют. – Прим. автора.
[Закрыть]. Ни один из наших предков не был убит ни противником, ни вирусом, ни неловким шагом по краю обрыва, прежде чем оставить в этом мире хотя бы одного потомка. Тысячи современников наших предков потерпели неудачу хотя бы по одному из этих пунктов, но никто из наших предков не подкачал ни в одном». Данные утверждения обескураживающе просты, и однако же из них много чего следует: много такого, что проливает свет на тайны, и такого, что поражает воображение. Обо всем этом и пойдет речь в моей книге.
В связи с тем, что любой организм унаследовал свои гены от предков, а не от их неудачливых современников, все организмы склонны обладать успешными генами. У них имеется все необходимое для того, чтобы стать предками – то есть чтобы выживать и размножаться. Вот почему обычно организмы получают в наследство такие гены, которые способны построить отлично сработанную машину – тело, ведущее себя так, как если бы оно активно стремилось стать предком. Вот почему птицы так хорошо летают, рыбы – плавают, обезьяны – лазают по деревьям, а вирусы – передаются от одного носителя к другому. Вот почему мы любим жизнь, любим секс и любим детей. Потому что каждый из нас, и тут нет ни единого исключения, получил все свои гены через непрерывающуюся цепочку состоявшихся предков. Мир заполняется организмами, у которых есть все, что нужно для того, чтобы стать предками. Это и есть дарвинизм, если изложить его одной фразой. Разумеется, Дарвин сказал гораздо больше, а мы сегодня можем еще больше добавить к сказанному им, так что на этом месте моя книга не заканчивается.
Смысл предыдущего абзаца может быть извращен вполне понятным и естественным, но глубоко порочным образом. Соблазнительно думать, что раз предкам удавалось быть успешными, то, вследствие этого, гены, передававшиеся детям, представляли собой усовершенствованный вариант родительских генов. Успехи предков каким-то образом сказывались на их генах, оттого-то потомки так хорошо умеют летать, плавать и соблазнять представителей противоположного пола. Неверно, абсолютно неверно! Гены не становятся лучше от долгого употребления – они просто передаются дальше в неизменном виде, если не считать крайне редких случайных ошибок. Успех не создает хороших генов. Это хорошие гены приносят успех, и ничто на протяжении всей жизни индивидуума никоим образом не влияет на его гены. У особи, родившейся с хорошими генами, больше шансов вырасти в успешного предка, поэтому хорошие гены передаются следующему поколению с большей вероятностью. Каждое поколение – это фильтр, сито: хорошие гены имеют тенденцию проходить сквозь него в следующее поколение, а плохие обыкновенно заканчивают свой путь в организмах, которые либо гибнут в молодости, либо не размножаются. На протяжении одного-двух поколений плохие гены еще могут пройти через это сито – если, например, им повезет оказаться в одном организме с хорошими генами. Но для того, чтобы пройти через тысячу сит подряд, мало быть просто везучим. Гены, которым удалось передать себя сквозь тысячу следовавших одно за другим поколений, – это, скорее всего, хорошие гены.
Как я уже сказал, гены, выжившие в непрерывном ряду поколений, – это те самые гены, которым удалось создать предков. Это так, но тут есть одно бросающееся в глаза исключение, и мне необходимо разобраться с ним, прежде чем мысль о нем приведет кого-нибудь в замешательство. Некоторые особи могут быть непоправимо бесплодными, и все равно они, по-видимому, созданы для того, чтобы способствовать передаче своих генов будущим поколениям. Речь идет о рабочих муравьях, пчелах, осах и термитах. Они стремятся не к тому, чтобы стать предками, но чтобы предками стали их способные к размножению родственники – как правило, сестры и братья. Здесь важно понимать два момента. Во-первых, у любого вида животных сестры и братья с большой вероятностью несут в себе копии одних и тех же генов. Во-вторых, то, будет конкретный термит размножаться или же станет стерильным рабочим, определяется не генами, а условиями среды. У каждого термита есть гены, способные при одних внешних условиях сделать его рабочим, а при других – размножающейся особью. Фертильные особи передают дальше те самые гены, которые заставляют стерильных рабочих помогать им в этом деле. Копии этих генов, находящиеся в телах рабочих, прикладывают все усилия к тому, чтобы помочь копиям, находящимся в размножающихся родственниках, пройти сквозь разделяющее поколения сито. У термитов рабочими становятся как самки, так и самцы, а у муравьев, пчел и ос это всегда самки, но в остальном принцип один и тот же. В несколько смягченной форме он применим и к некоторым видам птиц, млекопитающих и других животных, у которых бремя заботы о молодняке в той или иной степени ложится на плечи старших братьев и сестер. Отсюда следует вывод: для того чтобы пробраться сквозь сито, гены могут помогать стать предком не только тому организму, в котором они оказались, но и его ближайшим родственникам.
Река, давшая название моей книге, – это река ДНК, и течет она не в пространстве, а во времени. Это река информации, а не костей и плоти; поток абстрактных инструкций о том, как строить организмы, а не материальных организмов как таковых. Информация проходит через тела живых существ и оказывает на них влияние, но нигде на своем пути не подвергается влиянию с их стороны. Причем эта река нечувствительна не только к любому опыту и любым достижениям тех организмов, через которые протекает. На нее не влияет даже такой, на первый взгляд, более опасный потенциальный источник загрязнения, как половой процесс.
В каждой клеточке вашего организма половина генов вашего отца трудится плечом к плечу с половиной генов матери. Материнские и отцовские гены объединяют свои усилия наитеснейшим образом, чтобы получился тот хитроумный и неразделимый сплав, коим вы являетесь. Но сами гены не смешиваются. Смешиваются только оказываемые ими эффекты. Сами же гены нерушимы как кремень. Когда приходит время перейти в следующее поколение, любой ген либо попадает в того или иного конкретного ребенка, либо нет. Любой ваш ген попал к вам либо только от матери, либо только от отца. Также вы получили его от кого-то одного, и только одного, из четырех ваших бабушек и дедушек, от одного, и только одного, из восьми ваших прабабушек и прадедушек, и так далее вглубь поколений.
Я вел речь о генной реке, но с таким же успехом можно было бы говорить о компании надежных товарищей, путешествующей сквозь геологические эпохи. Все гены свободно скрещивающейся популяции являются в долгосрочной перспективе попутчиками друг для друга. В краткосрочной же перспективе они находятся внутри индивидуальных организмов, временно будучи ближайшими соседями других генов, оказавшихся в одном организме с ними. Гены сохраняются в веках, только если им хорошо удается строить организмы, способные выживать и размножаться в соответствии с тем особым образом жизни, какой избрал себе данный биологический вид. Но это еще далеко не все. Любому гену для успешного выживания требуется также умение хорошо сотрудничать с остальными генами, принадлежащими тому же виду – той же самой реке. Чтобы выживать в долгосрочной перспективе, гену необходимо быть хорошим попутчиком. Он должен преуспевать в компании – или, если угодно, на фоне – других генов из той же реки. Гены различных видов находятся в разных реках. У них нет необходимости ладить друг с другом (по крайней мере, в том же смысле, что и у генов одного вида), поскольку им не приходится соседствовать внутри одних и тех же организмов.
Именно тот факт, что через всех представителей вида протекает одна и та же генная река, а все их гены должны быть готовы к тому, чтобы стать хорошими попутчиками друг для друга, и делает вид видом. Новые виды возникают тогда, когда некий уже существующий вид делится на два. Река генов разветвляется во времени. С точки зрения гена видообразование – возникновение новых видов – это «прощание навек». После краткого периода частичного разделения две образовавшиеся реки расходятся навсегда – или же до тех пор, пока одна из них не иссякнет, уйдя в песок. Будучи надежно ограждена берегами, вода каждой реки непрестанно перемешивается в процессе половой рекомбинации. Но она никогда не перехлестывает через них и не попадает ни в какую другую реку. Как только вид разделился, получившиеся два набора генов друг другу больше не попутчики. Отныне они не будут встречаться внутри одних и тех же тел и не обязаны ладить друг с другом. Между ними больше нет никаких контактов, причем речь здесь идет в буквальном смысле о половых контактах между организмами, их временными экипажами.
Почему видам приходится разделяться? Что кладет начало необратимому расставанию генов? Что заставляет реку ветвиться на рукава, которые будут отдаляться друг от друга и никогда не сольются вновь? Подробности этого процесса являются предметом для дискуссий, но никто не сомневается в том, что наиболее важная составляющая здесь – возникновение случайных географических барьеров. Генная река течет сквозь время, но физически гены распределены внутри трехмерных тел, у которых имеется некое местоположение в пространстве. Серая белка из Северной Америки могла бы скреститься с серой белкой, живущей в Англии, доведись им встретиться. Но такая встреча маловероятна. Североамериканская река генов серой белки де-факто отделена от английской тремя тысячами миль водной поверхности. Реальность такова, что две эти группы генов друг другу больше не попутчики, хотя, по-видимому, они все еще были бы способны составить друг другу неплохую компанию, представься им такая возможность. Они уже простились друг с другом, пускай – пока что – и не окончательно. Но еще какие-нибудь несколько тысяч лет разлуки – и, вполне вероятно, две эти реки разойдутся так далеко, что принадлежащие к ним беличьи особи, встретившись, уже не смогут обменяться генами. Под «разойдутся» в данном случае имеется в виду расхождение не в пространстве, а в совместимости.
Почти наверняка что-то подобное имело место и при более давнишнем разделении белок на серых и рыжих. Они не способны скрещиваться друг с другом. В Европе их ареалы частично пересекаются, но – хотя им доводится встречаться и, вероятно, ссориться из-за какого-нибудь ореха – спариваться и производить плодовитое потомство они не могут. Их генетические реки разошлись слишком далеко – иначе говоря, их гены больше не годятся для совместной деятельности внутри организма. Много поколений назад предки серых и рыжих белок были одними и теми же особями. Но потом они оказались разделены географически: быть может, горным хребтом или же водной поверхностью, а в конечном итоге – Атлантическим океаном. Их генные ансамбли развивались по-разному. Географическое разделение привело к недостаточной совместимости. Хорошие попутчики стали плохими попутчиками (или оказались бы таковыми, пройди они проверку скрещиванием). Со временем плохие попутчики сделались еще хуже – вплоть до того, что теперь им и вовсе не по пути. Они распрощались окончательно. Эти две реки разошлись, и им суждено расходиться все дальше и дальше. Точно такая же история послужила причиной и, скажем, случившегося в гораздо более давние времена отделения наших с вами предков от предков слонов. Или предков страуса (ставших при этом и нашими с вами предками) от предков скорпиона.
Сегодня река ДНК насчитывает примерно тридцать миллионов рукавов, ибо именно такова современная оценка числа живущих на Земле видов. Полагают также, что ныне живущие виды составляют около 1 % всех видов, когда-либо населявших Землю. Отсюда следует, что в общей сложности от реки ДНК ответвлялось приблизительно три миллиарда рукавов. Нынешние тридцать миллионов ответвлений разделены окончательно и бесповоротно. Большей их части предстоит иссякнуть, поскольку большинство видов вымирает. Если вы поплывете вверх по любой из этих рек (для простоты я буду называть рукава реками), то обнаружите, что все они по очереди присоединяются друг к другу. Река человеческих генов объединяется с рекой генов шимпанзе примерно в то же время, что и с рекой генов гориллы, – около семи миллионов лет назад. Если подняться еще на несколько миллионов лет вверх по течению, то можно увидеть, как наша общая с этими обезьянами африканская река сольется с потоком генов орангутана. Отойдя еще назад, мы увидим и ответвление реки гиббоньих генов – реки, впоследствии разделяющейся на целый ряд отдельных видов, к которым относятся гиббоны и сиаманг. По мере того как мы будем двигаться все дальше и дальше обратно во времени, наша генетическая река объединится с реками, дающими начало обезьянам Старого Света, обезьянам Нового Света и мадагаскарским лемурам. В еще более далеком прошлом наша река встретится с реками, ведущими к другим крупным группам млекопитающих: грызунам, кошкам, летучим мышам, слонам. А затем мы доберемся и до начала потоков, текущих по направлению к различным видам пресмыкающихся, птиц, земноводных, рыб и беспозвоночных.
Но в одном отношении с этой «речной» аналогией следует соблюдать осторожность. Когда мы рассуждаем об ответвлении, ведущем ко всем млекопитающим сразу, а не только, скажем, к серым белкам, есть искушение представлять себе нечто грандиозное, наподобие Миссисипи или Миссури. Ведь, в конце концов, этому рукаву предстояло ветвиться вновь и вновь, чтобы дать начало всем млекопитающим – от малой бурозубки до слона, от кротов под землей до обезьян на верхушках деревьев. Данному ответвлению суждено будет наполнять тысячи и тысячи магистральных водных путей, так как же ему не быть могучим, бурным потоком? И тем не менее такой образ глубоко ошибочен. Когда предки всех современных млекопитающих отделились от немлекопитающих, это событие было не более значительным, чем какой угодно другой случай видообразования. Оно прошло бы незамеченным для любого натуралиста, что оказался бы в то время поблизости. Новый рукав генной реки был бы для него всего лишь тоненькой струйкой, ютившейся внутри разновидности мелких ночных существ, которые отличались от своих немлекопитающих родственников не больше, чем рыжая белка от серой. Мы вообще только теперь, задним числом, можем отнести тогдашнее предковое млекопитающее к млекопитающим. В те же времена это была просто еще одна звероподобная рептилия – вероятно, едва отличимая от дюжины других видов небольших длинномордых насекомоядных созданий, служивших закуской для динозавров.
Так же без особой шумихи должен был произойти и более давний раскол между предками всех главных групп животного царства: позвоночных, моллюсков, ракообразных, насекомых, кольчецов, плоских червей, кишечнополостных и так далее. Когда река, которая впоследствии привела к моллюскам (и не только), отделилась от реки, ведшей к позвоночным (и не только), это были две популяции похожих друг на друга (и, вероятно, червеподобных) существ, способных скрещиваться между собой. Единственная причина, почему они не скрещивались, состояла в том, что они случайно оказались разделены каким-то физическим барьером – например полоской суши, перегородившей прежде единый водоем. Никому бы и в голову не могло прийти, что одной из популяций предначертано породить моллюсков, а другой – позвоночных. Две эти реки ДНК были бежавшими бок о бок ручейками, а две разновидности животных едва ли можно было отличить друг от друга.
Все это известно зоологам, но иногда вылетает у них из головы, когда они рассматривают действительно крупные таксономические группы вроде моллюсков или позвоночных и не могут совладать с искушением представлять себе разделение основных типов животных как событие огромной важности. В такое заблуждение зоологи могут впадать по той причине, что в них смолоду взращивалась почти что священная вера в то, что каждое из крупных подразделений животного царства обладает своим уникальным свойством, которое нередко называют немецким словом Bauplan. Это слово, хотя оно и означает просто «чертеж», сделалось общепризнанным научным термином, и я буду употреблять и видоизменять его наравне с обычными английскими словами, пусть даже оно и отсутствует (как я обнаружил к своему легкому удивлению) в последнем издании «Оксфордского словаря английского языка». (Поскольку я люблю это слово меньше, чем иные мои коллеги, то испытываю по поводу этого отсутствия некоторую сатисфакцию и приятный тремор; оба эти иностранных слова в словаре имеются, так что там нет предубеждения против заимствований как таковых.) При использовании в качестве научного термина бауплан зачастую переводится как «фундаментальный план строения». Вот это-то слово «фундаментальный» (или аналогичный ему переход на немецкий в целях нагнетания глубокомысленности) и есть источник неприятностей. Оно может подталкивать зоологов к серьезным ошибкам.
Так, один из них, например, высказал идею, что в кембрийском периоде (где-то между шестьюстами и пятьюстами миллионов лет назад) эволюция должна была представлять собой в корне иной процесс, нежели в последующие времена. Аргументировал он это тем, что в наши дни возникают новые виды, а в кембрии появлялись группы более высокого ранга – скажем, моллюски или ракообразные. Ошибочность таких рассуждений вопиюща! Даже столь радикально непохожие друг на друга существа, как моллюски и ракообразные, изначально были просто географически разделенными популяциями одного вида. В течение какого-то срока они могли бы скрещиваться при встрече, но встречаться им не доводилось. После того как на протяжении миллионов лет они эволюционировали по отдельности, у них появились те признаки, которые мы ретроспективным взглядом современного зоолога определяем как свойственные моллюскам или ракообразным. Пышный титул «фундаментальный план строения» или «бауплан» придает этим признакам важность. Но все главные баупланы животных обособлялись от общего источника путем постепенных преобразований.
Тут следует упомянуть о незначительном, хотя и породившем немало шума, разногласии насчет того, насколько плавно или «скачкообразно» движется эволюция. Но никто – в буквальном смысле никто – не считает ее настолько скачкообразной, чтобы новый бауплан мог возникнуть целиком и сразу. Автор, на чьи идеи я ссылался выше, излагал их в 1958 году. Немногие зоологи открыто встали бы на его позицию сегодня, но иногда они невольно ее подразумевают, когда рассуждают так, будто основные группы животных появились внезапно и полностью оформившимися: как Афина из головы Зевса, а не вследствие расхождения предковой популяции, разделенной случайным географическим барьером[6]6
Читателям не помешало бы иметь это в виду при чтении «Удивительной жизни» Стивена Джея Гулда – превосходно написанного повествования о кембрийской фауне из сланцев Бёрджес. – Прим. автора.
[Закрыть].
Как бы там ни было, молекулярно-биологические исследования показали, что крупнейшие группы животного царства гораздо более близкородственны друг другу, чем мы прежде думали. Генетический код можно рассматривать как словарь, где шестьдесят четыре слова одного языка (шестьдесят четыре возможные тройки четырехбуквенного алфавита) соответствуют двадцати одному слову другого (двадцать аминокислот плюс знак препинания). Шансы дважды получить такое соответствие 64:21 в силу случайности составляют менее одного к миллиону миллионов миллионов миллионов миллионов. И однако же у всех когда-либо виденных животных, растений и бактерий генетический код буквально один и тот же. Несомненно, все живущие на Земле существа происходят от одного-единственного предка. Никто с этим и не спорит, но теперь, когда мы изучаем уже не код как таковой, а точные последовательности генетической информации, обнаруживаются примеры поразительного сходства между, скажем, насекомыми и позвоночными. За сегментированное строение насекомых отвечает довольно сложный генетический механизм. И у млекопитающих тоже был найден невероятно похожий элемент генной машинерии. С молекулярной точки зрения все животные приходятся весьма близкой родней друг другу и даже растениям. За дальними родственниками нужно идти к бактериям, но и у тех генетический код идентичен нашему. Причина, почему на основании генетического кода можно уверенно делать подобные выводы, а на основании анатомических баупланов – нет, состоит в том, что генетический код является строго цифровым, а цифры – это как раз то, при помощи чего делаются надежные вычисления. Генная река – река цифровая, и теперь я должен объяснить, что же конкретно означает этот технический термин.
Инженеры проводят важное разграничение между цифровым кодированием и аналоговым. В проигрывателях грампластинок, магнитофонах, а также (до последнего времени) и в большинстве телефонов используется аналоговый код. А код, используемый в компакт-дисках, компьютерах и большинстве новых телефонных систем, – цифровой. Аналоговая система телефонной связи преобразует меняющиеся волны давления воздуха (звуки) в соответствующим образом меняющиеся волны электрического напряжения в проводе. Грампластинка работает по сходному принципу: неровности звуковой дорожки заставляют вибрировать иглу звукоснимателя, и ее движения преобразуются в соответствующие им электрические колебания. На другом конце провода мембрана наушника телефонной трубки или динамик электропроигрывателя превращают эти перепады напряжения обратно в колебания давления воздуха – так, чтобы мы могли их слышать. Данный способ кодирования прост и прямолинеен: электрические колебания в проводе пропорциональны колебаниям воздушного давления. Напряжение в проводе может принимать – в определенных пределах – любые значения, и различия между этими значениями имеют принципиальную важность.
А в цифровом телефоне передающееся по проводу напряжение может принимать только два значения – ну или какое-нибудь другое количество отличных друг от друга значений, например 8 или 256. И информация спрятана не в самих этих значениях, а в их последовательности. Такая техника называется импульсно-кодовой модуляцией. В любой отдельно взятый момент времени реальное значение напряжения редко в точности равняется какой-либо из, скажем, восьми допустимых величин, но приемное устройство округляет его до ближайшей из них, так что сигнал приходит на другой конец провода практически без искажений, даже если качество передачи так себе. Все, что требуется, – выбрать достаточно далекие друг от друга значения, чтобы случайные отклонения от них не были истолкованы принимающей аппаратурой ошибочно и отнесены не к той категории. В этом состоит огромное преимущество цифровых кодов и причина того, почему аудио– и видеосистемы – как и информационные технологии в целом – все больше и больше переходят на цифровые рельсы. Понятно, что компьютеры, что бы они ни делали, используют цифровой код. В целях удобства код этот двоичный, то есть уровней напряжения, которыми он оперирует, только два, а не 8 и не 256.
Даже если телефон цифровой, звуки, входящие в микрофон и выходящие через наушник, все равно представляют собой аналоговые колебания давления воздуха. Цифровой является только та информация, что перемещается от одной трубки к другой. Для того чтобы по-микросекундно переводить аналоговые показатели в последовательность дискретных импульсов – «оцифровывать» их, – должен быть разработан некий код. Когда вы умоляете по телефону своего возлюбленного или возлюбленную, каждый нюанс, каждое прерывание вашего голоса, каждый страстный вздох и тоскливый стон передается по проводу исключительно в форме чисел. Числа, если кодировать и декодировать их достаточно оперативно, могут растрогать вас до слез. Современные электронные переключатели работают так быстро, что время, используемое телефонной линией, может быть поделено на малюсенькие промежутки, подобно тому как гроссмейстер в ходе сеанса одновременной игры распределяет свое время между двадцатью досками. Таким образом, телефонная линия способна вместить тысячи разговоров – с виду одновременно, но на электронном уровне эти разговоры обособлены и друг другу не мешают. Магистральный канал передачи телефонных данных – в настоящее время многие такие каналы являются вовсе не проводами, а радиосигналами, передаваемыми либо напрямую от одной возвышенности к другой, либо рикошетом от спутников, – представляет собой громадную реку из цифр. Но на самом деле, благодаря искусному электронному разделению, это не одна, а тысячи рек, которые текут в одних и тех же берегах только в некоем поверхностном смысле – как рыжие и серые белки, что скачут по одним и тем же деревьям, но никогда не смешивают свои гены.
Если снова обратиться к миру техники, то недостатки аналоговых сигналов не играют большой роли, покуда сигнал не копируется многократно. Шипение магнитной ленты может быть слабым, едва заметным, если только вы не усилите звук – тогда оно возрастет и к нему прибавятся кое-какие дополнительные шумы. Но если сделать запись с этой пленки на другую, с другой на третью и так далее, опять и опять, то по прошествии сотни «поколений» не останется ничего, кроме ужасающего скрежета. Похожая проблема возникала и с телефонами – в те времена, когда они были аналоговыми. Любой телефонный сигнал, передаваемый по длинному проводу, постепенно глохнет, и его необходимо усиливать через каждые сто миль или около того. В аналоговую эпоху это было кошмаром для инженеров, поскольку доля фоновых шумов увеличивалась на каждом очередном этапе усиления сигнала. Цифровые сигналы тоже нуждаются в усилении. Но в этом случае, по уже известным нам причинам, оно не приводит ни к каким ошибкам: систему можно отладить таким образом, чтобы информация проходила по ней без искажений, независимо от количества промежуточных пунктов усиления сигнала. Даже на протяжении многих сотен миль шипение возрастать не будет.
