Библиотека Виртуальной Пустыни

МИР НАУКИ

"КОВЧЕГ ЖИЗНИ" НА СТАПЕЛЯХ ЭВОЛЮЦИИ

С биологом Вадимом Репиным беседует Михаил Бутов.

Репин Вадим Сергеевич (род.1936) член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, соросовский профессор, специалист в области медицинской клеточной биологии, автор более 350 научных работ, из которых более 200 опубликованы в ведущих научных журналах мира, и 5 монографий. Основные научные интересы: стволовые клетки человека и их применение в медицине.
В "Новом мире" публикуется впервые. Михаил Бутов. В наших предварительных беседах определились два положения, которые, мне кажется, и должны очертить пространство нашего настоящего диалога. Первое касается информационных источников и движущих сил эволюции жизни. "Ковчег жизни" собирался, перестраивался и продолжает изменяться силами информации. Второе - посылка о слиянии био- и техноинформации в единую новую силу, доминирующую сейчас на планете. Отсюда могут быть сделаны весьма радикальные выводы и начинает вырисовываться ПРОЕКТ БУДУЩЕГО, по поводу которого еще лет десять назад серьезный разговор был бы, пожалуй, невозможен - нас обвинили бы в том, что мы занимаемся научной, а то и ненаучной, фантастикой. Сегодня это уже очевидно не так. Что же за прорыв такой состоялся, поставивший нас перед решительно новыми реалиями и изменивший ситуацию? Вадим Репин. Гигантский скачок в понимании жизни произошел за последние два десятилетия благодаря изучению мира клеток и "языка жизни", благодаря мощному прогрессу кибернетики и информатики. Наука сегодня проникает в заповедные области, где стыкуется нематериальное и материальное, буква и дух жизни, текст и контекст существования молекул, клеток и организмов. Живое проще всего понять по аналогии с миром компьютеров: через феномены хранения, процессирования информации с целью ее реализации (проживания) в наблюдаемых материальных явлениях - возбудимости, подвижности, сокращении, делении, изменении устройства клеток, - элементарных единиц жизни. Только у клеток, а не у молекул, есть программа, записанная на специальном химическом языке, которая управляет работой клетки. Любая форма жизни жестко запрограммирована как химической программой, так и химическим устройством. Информация ор-ганизует потоки энергии и веществ в клетках, т.е. все проявления жизнедеятельности. Подобно электрическим сигналам в сетях компьютерных, химические сигналы циркулируют в биологических информационных сетях. Скачок от неживых молекул к живой клетке, от вещества к существу - это скачок в мир информационных сетей и организованных потоков материи и энергии. Набор молекул превращается в динамическую самоподдерживающуюся сеть. Глобальные информационные сети соединяют мир бактерий, растений и животных в единую систему. Каждая клетка стремится расширить диапазон и репертуар реализации биологической информации в единице объема в единицу времени. Эволюция жизни на земле - дневник, протокол самораскрытия клеток как запрограммированных устройств на стыке с другими пластами природных событий. В эпоху экспоненциального накопления информация становится мерой эволюции. И до сих пор эволюция проходит стадию ползающей личинки - чтобы превратиться в летающую бабочку с другими степенями свободы. М.Б. Можем ли мы говорить, что информационные принципы, информационные законы - не просто удобная модель для познания живого, но имеет место сущностно единое информационное поле, объединяющее информационные сети живой материи и сети техногенные, то есть что эти феномены в чем-то одного порядка, и на этой общей платформе им невозможно не сомкнуться? А стало быть, что научная мысль и порожденные ею техногенные сети есть мощнейший эволюцион-ный фактор? Но в этом случае и само понятие "эволюция" кардинально меняет свое содержание. Эволюция перестает быть явлением природным - и становится гибридным процессом, движущие силы которого действуют на стыке интеллекта человека и машин ? В.Р. Эволюция жизни есть формула существования, алгоритм порядка, который противостоит "хаосу" неживой природы. Важно подчеркнуть это противостояние. Поэтому законы неживой природы ( область научных интересов физики и химии ) не могут объяснить феномена жизни, множественности ее форм и видов, конкуренции и синергизма видов, происхождения новизны путем самоорганизации, - как правила игры в шахматы не могут объяснить теннис. Только в информационно организованных живых системах мы находим цель и функции для реализации этой цели. Только живые системы наделены уникальной спо-собностью осуществлять сложные физиологические процессы на базе достаточно простых химических реакций. Законы, по которым происходит такое перекодирование химии в функцию, "оптике" современной науки остаются еще недоступными. В отличие от атомов и молекул, клетки - существа невероятно разнообразные, однако на основе достаточно стандартного и однотипного устройства. Клетки являются "киллерами хаоса", потому что обречены устройством и программой вылавливать новую информацию из окружающей среды и осваивать новые информационные рубежи. Чаще эволюционируют не структуры, а программы их использования в новой функции. Клетки демонстрируют три уникальных качества: Воссоздают порядок из предшествующего порядка: важнейшая информация, план устройства и функционирования клетки копируется веществом наследственности (ДНК) от родительских клеток в новые поколения. Информация в ДНК записана линейным кодом ( то есть самым компактным способом - природа экономит жизненное пространство) и упакована в сотни и тысячи раз более плотно, чем на жестком диске современного компьютера. Создают порядок из химического хаоса молекул, используя потоки веществ и энергии для создания структур ( то- есть пространственного порядка ). Все реальные проявления жизни задаются белками - трехмерными копиями генов ДНК. В самой ДНК жизнь существует лишь в виде проекта. Живая клетка - это пространство и деятельность функционирующих белков, собирающихся в молекулярные машины. Каждый белок имеет несколько стыковочных "вилок-розеток" - как строительный модуль в детском конструкторе. Только специальная сеть инструкций (программа) способна организовать и "оркестрировать" работу миллионов молекул и машин в клетке. Клетка - это всегда двуединство устройства и программы. Все клетки одноклеточных и многоклеточных организмов используют единый язык ДНК и белков, хотя различаются деталями устройства. Происхождение видов, эволюцию форм проще всего понять как "конкурентный спорт" все новых и новых способов сборки и функционирования белков, клеток, организмов и биоценозов. Потоки информации между клеточной мембраной и ядром определяют работу генома и то, какие комбинации генов будут задействованы для реализации функции клетки. Сигнальные сети - от уровня молекул до уровня биоценозов - организуют согласованные ответы разных клеток и организмов. Мгновенные информационные события: фиксация новых сигналов рецепторами на поверхности клеток - трансформируются в события материальные, в строительство новых органелл и клеток. Клетки структурируют время "архитектурными" постройками. И разные эпохи эволюции различаются стилем биоархитектуры. Часть клеток, часть организмов и целых видов новая информация обрекает на исчезновение. Ясно, что любое устройство имеет довольно узкий диапазон для выживания. Клетка - ковчег порядка в океане хаоса и на ветрах информации. Клетки, как и организмы, реагируют на сигналы, а не на вещества. В отличие от потоков питательных веществ и энергии сигналы всегда перекодируются на язык программ клеток. До сих пор эволюция жизни на планете "работала" исключительно на биологической информации, циркулирующей в живых клетках и между клетками. В настоящее время эволюция уже творится на стыке био- и кибер-сферы, работа клеток и организмов все чаще сопрягается с алгоритмами компьютеров для освоения гигантских информационных массивов. Но разговор об этом новом витке эволюции будет понятнее читателю, если мы сперва рассмотрим всю цепь событий в ретроспективе и начнем с первых шагов жизни на земле. М.Б. Была ли вообще - по крайней мере в истории Земли - точка перехода от неживого к живому? Или первые живые организмы уже "оформившимися" попадают однажды на нашу планету из космического пространства, а момент зарождения жизни теряется где-то в астро-номическом времени? А может быть земля так или иначе "импортиро-вала" жизнь изначально, еще на стадии планетообразования? В.Р. Наука скрупулезно анализирует каждую из перечисленных Ва-ми возможностей. По современным данным, Земля возникла около 4,5 млрд. лет назад из спрессованных остатков старой звезды, метеоритов и космической пыли. Полагают, что первые образцы жизни на Землю были занесены из космоса, когда возраст Земли был около 1 млрд. лет. Гипотеза "заноса" (панспермии), выдвинутая в начале ХХ века Сванте Аррениусом, сейчас имеет много больше сторонников, чем идея самозарождения и сборки клеток заново на молодой планете. Нет оснований исключать одновременную постепенную эволюцию простых молекул в сложные в первый миллиард лет существования Земли. Однако бурный прогресс микробной жизни сместил на второй план возможности самозарождения клеток. Нынешние условия на Земле не дают никаких шансов самозарождению клеток из ДНК, белков даже в специально созданной лабораторной среде. В 60-е го-ды ХХ века русские и английские ученые в Антарктиде открыли глубоководное озеро "Восток" - древнейший изолят пресной воды с возрастом более 3 млрд. лет. Этот уникальный "музей" ранней жизни оказался замурованным под двухкилометровой толщей льда. Озеро не промерзало, поскольку находилось в кратере вулканической гряды, отдающей значительное тепло земных недр. Пробное зондирование обнаружило уникальных бактерий, продуцирующих энергию в абсолютной темноте неизвестными ранее способами. Скорее всего, протобактерии той эпохи научились выживать, используя для биосинтезов градиенты температуры. Пока что исследования микробов Антарктиды были ограничены забором образцов льда, в которых были обнаружены древней-шие виды бактерий. Однако на бурение льда на самом озере Восток с целью получения глубоководных проб наложен международный мораторий, пока не будет придуман способ, исключающий возможность внесения современных микробов. Но и первые находки позволили идентифицировать бактерии, способные существовать без солнечной энергии. Прототипы таких бактерий сейчас разыскивают с помощью спектрального анализа в глубинных слоях астероидов, Марса и других планет, в хвостах комет. Вероятно, они-то и были "варягами", пришедшими на Землю из космоса. Другие отпрыски древнейших династий бактерий обнаружены в губоководных вулканах на дне океана и в гейзерах. Эти микробные изоляты великолепно приспособились к температуре 150-250 С и давлению в несколько атмосфер. Маргиналы-термофилы создали особо (убрать тире) прочный каркас ДНК и белков. Крайности эволюции показывают, что ДНК, белки и другие молекулы являются не целью, а средством выживания. Поэтому "репертуар" генома микроорганизмов с изменением условий подвергается кардинальной перестройке. Молекулярная архитектура подгоняется под контекст выживания. В то же время в нормальных константных условиях геном обеспечивает стабильность фенотипа клеток, пока условия среды кардинально не меняются. Только клетки, а не ДНК, являются полноценными "зарегистрированными" участниками - и творцами эволюции. Проводя конкурс без предварительного плана, эволюция вполне бездумно отбирает лучший результат, не вдаваясь в процесс и не исследуя качество отдельных молекулярных машин в клетке. Эволюции "безразлично", как бактерии дышат и каким способом они генерируют энергию. Важен конечный результат - быть или не быть! Существует сила, заставляющая любую ДНК клетки, ин-формационный проект жизни "раскрываться" в реальную белковую жизнь, осуществляться в реальном физическом пространстве и времени. На этой силе и держится вся лестница эволюции. М.Б. Есть ли объяснения, почему жизнь на Земле стартовала именно с микробов, а не сразу, скажем, с каких-то более сложных организмов. В чем особые достоинства одноклеточных? В.Р. Темп деления микробов в 100-10000 раз выше скорости удвоения клеток многоклеточных организмов. За одни сутки можно получить 40 поколений клеток, т.е. сотни миллиардов бактерий. От 30 до 50% потоков энергии и питательных веществ преобразуются у бактерий в новые копии ДНК. Бактерии перекачивают солнечную энергию в главные информационные молекулы жизни. Поскольку цивилизация бактерий создавалась в эпоху мощных геологических катаклизмов и непредсказуемых изменений климата, бактерий выручала их уникальная способность приспосабливаться и выживать за счет постоянной модификации генов, Невероятная скорость приспособления в широчайших диапазонах - это главное оружие бактерий. Бактерии первыми на земле создали гигантскую "библиотеку" генов, включая целые генные кланы, семейства и родословные, которые затем перекочевали в многоклеточные организмы. Если бы жизнь начиналась с многоклеточных, на создание той же библиотеки и банка генов ушло бы гораздо больше времени. Бактерии оказались главным источником вирусов. Многие из вирусов-"казанов" научились легко преодолевать "границы и таможни" видов и биоцено-зов, занимаясь "контрабандой" чужих генов. Этот так называемый "горизонтальный" перенос генов между клетками в биосфере сыграл важнейшую роль в возникновении и распространении многоклеточной жизни. "Вертикальный" же перенос информации от ДНК родителей к потомству оберегеает любой вид жизни от уничтожения. Возникновение и стабилизация видов связаны с надежной информационной изоляцией половых клеток и полового процесса и его защитой от внешних помех. Когда жизнь на земле вошла в спокойное русло, скорость прис-пособления клеток перестала быть главным фактором выживания. Самораскручивающийся маховик эволюции стал осваивать новые пласты качества, в том числе и другие масштабы пространства-времени. Бактериальные клетки в новой ситуации лишились перспективы, хотя накопили гигантский арсенал генов из которых только крохотная часть использовалась в их краткосрочной жизни. По мнению известного биолога Ричарда Доукинса, эволюция - это своего рода гигантское биопредприятие по освоению пространства и времени, напоминающее современную фирму. Здесь имеется свой "Отдел новых разработок" и свой "Отдел практического внедрения". Ключевые позиции в "отделе разработок" занимают вечно изменчивые бактерии, в каждом поколении поставляющие на "рынок" биоинформации новые гены. С помощью вирусов и латерального переноса новые гены постепенно внедряются в геном других видов. Новизна приходит в живой мир с новыми молекулами ДНК. Вместе с тем, наборы константных генов бактерий, растений и животных не меняются более миллиона лет.
( М.В. -так нужно сохранить эту фразу без потери смысла и порядка изложения)
Этот "золотой запас" информации используется для незаменимых ключевых реакций, без которых клетке не выжить. "Золотой запас" формирует основной каркас "ковчега жизни". По каким-то неизвестным пока причинам структура генов из "золотого запаса" практически не меняется на гигантских отрезках эволюции. В дополнение к "золотому запасу" в каждом геноме бактерий или многоклеточных имеется "экспериментальный отдел", где создаются, привносятся или испытываются новые гены или целые кассеты генов в поисках неизвестных ранее возможностей и функций. С помощью "экспериментальных" генов любая клетка расширяет нишу выживания, диапазон функций и качество воспринимаемой информации. М.Б. Почему эволюция не собрала многоклеточные организмы из клеток бактерий? Зачем нужно было принципиально изменить устройство клеток, создавать в них ядро, органеллы, другие специализированные "цеха и заводы", чтобы приступить к созданию многокле-точных? Какова была последовательность шагов этого перехода - сперва появились новые, более сложно устроенные клетки, и уже потом из них возникли многоклеточные организмы? В.Р. Нет сомнения, что эволюция испробовала любые возможности, в том числе и те, которые Вы упомянули. Но судить об этом мы можем лишь по крошечной доле чудом сохранившихся успешных результатов. Эволюция десятки миллионов лет маленькими порциями усложняла геном бактерий. Происходило это путем избирательного дублирования фрагментов хромосом, путем импорта чужих генов, а также за счет слияния генов бактерий-симбионтов. По всем направлениям факты свидетельствуют - с неизбежностью время усложняло устройство ДНК всех видов. Разные виды бактерий добивались случайных успехов в создании новых генераторов химической энергии, новых молекулярных машин, новых органелл для избавления от шлаков. Информационные связи между бактериями позволяли копировать важные находки и не открывать "велосипед" вслепую тысячи раз. Эволюционируют структуры, а не принципы самоусложнения и саморазвития жизни. Эукариотические бактерии (т.е. бактерии с типичным ядром и набором органелл ) стали зачинателями великих перемен. Если информационные возможности бактериальной клетки оцениваются цифрой порядка 1 мегабайта, то у эукариотической клетки они они уже порядка 700 мегабайтов. Для сравнения, все тома Британской энциклопедии занимают 600 мегабайтов на компактном диске. Так что скачок от бактериальной к эукариотической клетке можно сравнить с рывком от примитивной лодки к современному лайнеру. Представьте себе, что количество фигур и полей на шахматной доске увеличилось в десять раз. Эти новые начальные условия таят в себе миллиарды новых информационных ситуаций. М.Б. Значит, в истории эволюции бактериям случалось выходить из режима постоянной конкуренции. И это вело к образованию симбиозов, а затем и многоклеточных? В.Р. Да, бактерии действительно с успехом налаживали взаимо-выгодное сотрудничество, если того требовали обстоятельства. Недавно в Австралии в породах с возрастом около 3,5 млрд. лет были обнаружены сохранившиеся отпечатки скоплений цианобактерий (сине-зеленых водорослей) в симбиозе с другими бактериями. Такие "кооперативы" бактерий опережали умением и способностями кустарей-одиночек. Предполагают, что слияние геномов симбионтов сыграло важную роль в эволюции ДНК. Однако это был лишь первый шаг на пути возникновения многоклеточных. Описательная палеонтология, позднее молекулярная палеобиология накопили такие гигантские массивы данных, что упорядочить их без современной компьютерной базы попросту невозможно. Эволюция - это многослойный "пирог" изменений жизни, но при этом многие изменения организмов не являются эволюционными. Требуется квалифицированная научная экспертиза, чтобы воссоздать реальную, а не мифическую цепь событий. Сам момент превращения бактерий-симбионтов в многоклеточные организмы от нас пока ускользает - аналогичного озеру Восток бесценного подарка природы с реликтовыми живыми многоклеточными пока не удалось развелать. Лучшее, что имеет сейчас наука - это окаменевшие музеи ранних многоклеточных, найденные в скальных породах Британской Колумбии (Канада), Австралии, Китая. Поражает многообразие форм многоклеточных организ-мов, возникших практически одновременно. Кстати, помимо симбиоза возможен и другой сценарий взаимо-действия видов, заканчивающийся "порабощением генома" - инфицированные новой программой особи одного вида превращаются в типичных "рабов", обслуживающих настоящее и будущее другого вида. В лесах Коста-Рики живет паук, который охотится на ядовитых ос, выплетая квадратные метры паутины. Однако иногда оса кусает паука, парализуя его мышечную систему на несколько часов. Одновременно оса успевает выбросить на брюшко паука порцию микроличинок. Развиваясь, личинки вгрызаются в кишечник паука. За два дня до смерти геном личинки с помощью специальных команд заставляет паука плести особые корзинки на длинных тонких нитях, в которые после смерти паука перекочевывают развивающиеся личинки осы. Эти сплетенные купели хорошо держат дождевую воду и хорошо изолированы от врагов паутиной. Это яркий пример "зомбирования" одного вида другим. Первая группа ископаемых многоклеточных верифицирована в слоях, датируемых прекебрием - 560-570 млн. лет назад. Находки приходятся на последний, вендианский период прекембрия. Поэтому вендианские ископаемые определяют по геологическому периоду, из-за трудности классификации: разнообразные останки невозможно причислить к животным, губкам или морским растениям. Окаменелые находки имеют самую разнообразную форму: монеты, блюдца, спирали, пальца, расчески с выломанными зубьями - никакого общего плана для систематики. К тому же эти диковинные существа не имели типичных органов пищеварения, дыхания, выделения. Пластичность материала, из которого "лепилась" первая обнаруженная многоклеточная жизнь, напоминает пластичность нынешней жевательной резинки. Природа как бы импровизировала без строгих правил с формой этих существ. Внутренняя структура, напоминающая ячеистую губку, позволяла им поддерживать существование за счет притока и оттока морской воды. Колонии клеток функционировали в режиме пульсирующего "насоса" - сперва накачивали в себя воду для доставки кислорода и пищи, затем откачивали ее для выведения шлаков и отходов. 10 палеонтологов различных стран и школ дают 10 разных ответов на загадки вендианской цивилизации многоклеточных. Вендианская эпоха - это эволюция без отбора и цензуры, когда многоклеточные делали первые шаги. Первым образцам многоклеточных еще не грозила конкуренция на прото-материке в районе нынешней Антарктиды. Завершение эпохи обледенения закончилось резким повышением уровня мирового океана и возрастанием содержания кислорода в атмосфере. Вендианцы первыми - великая находка! - научились созидать энергию путем фотосинтеза: получать питательные вещества из углекислого газа и воды. Не конкурируя с предшественниками за источники энергии, они создали первое "открытое общество", где преобладало мирное существование, а не конкуренция. Потому вендианцы и не имели органов перемещения - не было хищников и жертв. М.Б. Как данные о вендианских многоклеточных согласуются с находками молекулярных палеобиологов, изучающих эволюцию ДНК? С имеющимися у нас сведениями об эволюции эукариотических бактерий, которая началась около 1млрд. лет назад? В.Р. Большое дерево жизни нельзя построить из маленького ге-нома. Когда геном клетки имеет огромный резерв генов, гены начинают работать "командами". Каждая "команда" генов создает разные специализированные клетки из одного набора (генотипа). В этом случае для создания биоразнообразия нет нужды прибегать к импорту генов. Эукариотические клетки имеют много "лиц" и профессий за счет комбинаторики генов. По этому признаку можно идентифицировать эукариотические клетки без анализа ДНК. Я так окольно отвечаю на Ваш вопрос, потому что никому пока не удалось найти сохранившихся образцов ДНК вендианцев. Время и более поздние бактерии уничтожили всю ДНК этих созданий. Однако вендианцы размножались половым процессом через специализированные клетки, что, естественно, не доступно микробам. Судя по отпечаткам, фенотип клеток в пределах одной колонии различался, что говорит о специализации. Это тоже прерогатива эукариотов. М.Б. Эволюция оптимизирует и направляет программу развития ДНК и белков. Благодаря чему новые "эксперименты", новые "слова" и "диалекты" не разрушают первоосновы языка жизни? В.Р. Появление полового процесса в мире многоклеточных было ключевым событием, которое сбалансировало феномены изменчивости и устойчивости в пределах вида. Половые клетки защищают вид от вторжения ДНК чужих видов. Скажем, принудительное оплодотворение яйцеклеток спермиями другого вида дает нулевой результат. Половые клетки и половой процесс надежно защищают ДНК при вертикальной передаче от родителей к потомкам. Не менее важно, что передача видовой ДНК через одну клетку позволяет фильтровать накопившиеся "биопомехи" в виде вирусов, онкогенов, патогенов, которые сумели попасть в организм и размножиться в нем при его жизни. Оплодотворение и внутриутробное развитие (или более простые формы прев-ращения оплодотворенной яйцеклетки во взрослую особь) - это ОТК и "чистилище" для ДНК, входящей в новый круг жизни. Кроме того, эмбриогенез не только фильтрует плохое - но и отбирает хорошее. Появление подвидов и полезных усовершенствований органов чаще всего происходит на стадии зародыша и формирований органов. Важно подчеркнуть, что виды различаются устройством хромосом, а не устройством генов. Комплементарность хромосом половых клеток защищают виды от внешней агрессии . М.Б. Поразительно, что миллиарды живших и живущих форм мно-гоклеточной жизни за полмиллиарда лет эволюции оставили на земле только 35 главных "строительных планов" устройства многоклеточных. Эти главные открытия в архитектуре многоклеточной жизни были сделаны на протконтиненте Гондвана, от которого сейчас на прежнем месте осталась одна Антарктида. Именно в этой зоне земного шара появились на свет новые гены и программы, которые наметили пути освоения биопространства с помощью клеточных кооперативов? То есть, картину следует представлять так: сперва клетки вступали во взаимодействие друг с другом так сказать по сиюминутной коньюнктуре; но эти случайные игры в строительство привели к гигантскому и опять-таки случайному прорыву в будущее биоинформатики, когда клетка начала эволюционировать уже не как отдельная элемен-тарная единица жизни, но как строительный модуль многоклеточной жизни? И резонно ли утверждать, что возникновению главных проектов многоклеточных предшествовала эпоха возникновения архитектурных генов? В.Р. Верно, что возникновение всех 35-ти проектов многокле-точных произошло только однажды в кембрии. Потом природа отдыхала, занимаясь деталями созданных проектов и их модификацией. ( Более дотошливые специалисты знают, что был еще один период активного видообразования в палеозое) Нет объяснений, почему после кембрия исчезли монументальные проекты жизни, ни одного крупного и нового проекта, словно возможности комбинаторики генов, силы эволюционной "фантазии" пошли на убыль. Есть неподтвержденные догадки, что на Земле исчезли какие-то комбинации физических и экологических факторов, которые катализировали кардинальную реорганизацию генома и хромосом. Ясно, что создание 35 проектов-каталогов многоклеточной жизни связано с появлением в геноме нового класса( выброшено) "архитектурных" генов, контролирующих межклеточные взаимодействия. Именно эти гены создали новые "верфи" для постройки более сложных "кораблей" жиз-ни. Напомню, что из 100 000 генов человека около 5000 генов за-действованы в эмбриогенезе, т.е. превращении оплодотворенной яйцеклетки в новорожденную особь. Однако только комбинации из 50-ти генов кодируют планы строения и человека, и слона, и рыбы, и мухи ). Эти 50 Архитектурных генов еще не возникли в геноме бактерий. Эти черезвычайно консервативные гены инкрустированы "батареями" в \хромосомы многоклеточных без изменения взаимного расположения. Если один конец набора архитектурных генов формирует органы го-ловного конца, то противоположный сектор генов формирует органы хвостовой части зародыша. Если обычные рядовые гены контролируют пространственную структуру белков, то архитектурные гены кодируют трехмерный проект организма, т.е. внешний вид, количество, разме-ры и карту расположения органов. В зародыше закодирована комбинаторика включения и выключения архитектурных генов во времени. Для неспециалистов возможность кодирования того, что еще не существует в реальном времени, выглядит почти мистикой. Однако никакой мистики в работе архитектурных генов нет. Используя внутренние клеточные "часы" программа построения зародыша синхронизирует клеточные сборки в разных частях зародыша. М.Б. Под архитектурными генами мы понимаем тот блок генов, которые более научно называются гомеотическими (Hox) генами, и мутации которых вызывают рождение уродов и плодов с перепутанным устройством органов? В.Р. Совершенно верно. Мы договорились не забивать изложение лишними терминами, чтобы не утерять нить разговора. Архитектурные гены наиболее эффективно контролируют правильное развитие органов по довольно стандартному сценарию. Очень рано, еще в крошечном зародыше, Hox- гены размечают в миниатюре территории и карту будущих органов. Много позже эти объемы достигают размеров органов взрослой особи. Реализация этого "виртуального" плана идет в три этапа. На стадии закладки конечности или печени появляются сотни -тысячи незрелых стволовых клеток. На втором этапе эти стволо-вые клетки быстро размножаются и заполняют запланированную массу органа с точным подсчетом клеток. Когда число клеток достигает проектной цифры, клеточные деления прекращаются, а клетки под влиянием новых сигналов начинают превращаться в специальные линии. Локализация кле-ток в органе определяет тип специализации клеток. Поэтому в мозге не возникают клетки печени, а половые клетки не образуются в сердце. "Архитектурные" гены не только строят "цеха и заводы", но и заполняют территории точным числом специалистов. Как шутят биологи, в этом государстве клетки приходят и уходят, но территории остаются. М.Б. Могли бы вы на простых примерах объяснить различия в скачках эволюции, когда новизна достигается появлением нового гена и белка или когда новое качество жизни формируется новым набором клеток? В.Р. Именно использование клетки в качество строительного модуля позволило эволюции подобрать ключи к созданию сетевых био-компьютеров с практически бесконечными возможностями. Сетевая организация имунной системы позволяет предусмотреть создание молекулярных устройств для улавливания миллиардов чужих молекул. Сеть нервных клеток мозга человека из ста триллионов участников способна воспринимать любую информацию, порступающую из органов чувств в любой комбинации. На примере эволюции мозга и имунной системы млекопитающих видно, как быстро и эффективно эволюция нащупала новый "сетевой" принцип для улавливания "иголки в стоге сена", т.е менее процента новизны, который организму необходиму мгновенно распознать среди 99 процентов рутины ( причем среди огромных массивов информации, будь то образ врага или чужеродные молекулы на поверхности микроба). Любая информационная сеть фильтрует новую информацию в сопоставлении с уже известным. М.Б. По-видимому, эволюция видов на путях войны, новых "клыков и зубов", начала пробуксовывать уже в мезозое, поскольку даже самое мощное оружие не спасало гигантов того времени от эпидемий вирусов и бактерий. Эволюция пошла по пути форсированного развития органов чувств, мощной имунной системы и на расширение коммуникационных контактов многоклеточных с окружающей средой. Знать и видеть, чтобы предотвращать, а не сражаться - стало новым лозунгом, когда на горизонте появился в четверичном периоде прообраз человека. Имеются ли факторы, предопределяющие появление человека в эволюции млекопитающих? В.Р. Хотя многоклеточное устройство вроде бы гарантировало всем видам биологические предпосылки долголетия за счет постоянной замены устаревших клеток новыми, эти биологические потенции большинства видов к долголетию не могли реализоваться из-за болезней, некачественной и нерегулярной пищи, а чаще всего из-за элементарного незнания ситуаций и неправильных решений. Эволюционная теория в современной перспективе в отличие от Дарвина делает акцент не на "информационные войны" между видами, а на симбиоз, взаимовыгодную кооперацию "без кровопролитий". Конкуренция и войны - удел информационно бедной среды, когда плохо организованные биоценозы испытывают проблемы с источниками пищи и условиями для размножения. Чем более информационно богата и развита биосфера, тем больше полезной кооперации возникает между всеми участниками биологических цепей и сетей. Война все больше уступает место организованным формам устойчивой кооперации и взаимозависимости. В 1999 году профессоры Джон Смит, Эрнст Мейер и Джордж Вильямс были награждены престижной премией Крэфорда за открытие законов стабильной коалиции видов в информационно богатых биосферах, когда потоки функциональной и генетической информации буквально создают "режим мирного сосуществования". Здесь достаточно упомянуть устойчивые биоценозы Гавайских островов и других островов-заповедников в океане, которые подобно "ангийскому клубу" недоступны чу-жестранцам. Слияние биоинформатики и биосферы с техносферой также начинает эпоху остановки биологических войн в истории эволюции. М.Б. Означает ли это, что с появлением новых информационных реалий: все более совершенных компьютерных технологий, все более емких глобальных информационных сетей - движется и человечество к концу эпохи войн, эпохи национальных, государственных и военных противостояний? В.Р. Пока на мощных компьютерах с использованием теории игр моделировались и просчитывались простые ситуации типа синергизм/антагонизм двух видов бактерий, стая хищников/жертва, целостное поведение биоценозов. Современная экономика, политика, парадоксы жизненных интересов общества слишком сложны и запутаны, во всяком случае эти терабайтные ситуации пока еще не по зубам современным машинам. Хотя отдельные задачи из этих областей разумеется, все чаще прорабатываются на больших компьютерах ( типа IBM Blue, обыгравшей в шахматы Г. Каспарова). М.Б. Эволюция многоклеточных привела к созданию организмов, устроенных по принципу конфедерации клеток. Функцию многих организмов можно объяснить как сумму функций специализирвоанных кле-ток. По этому принципу мы можем понять работу сердца, мышц, печени, кишечника. Но такой подход не годится, когда мы обращаемся к рассмотрению человеческого мозга. Здесь происходит метаморфоза устройства и программы клеток в новое качество, которое уже не получишь просто путем суммирования. Широко распространено мнение, что никакой сущностной связи между физиологией мозга и феноменом сознания наукой пока не найдено - разве что на самом общем уровне, вроде того, что левое полушарие отвечает за словесно-аналитическое, а правое - за образное мышление. Как вообще можно подступиться к этой проблеме, которую многие считают одной из главных для науки XXI века? В.Р. Историко-эволюционный подход - это одна из возможностей человека "поднять самого себя за волосы" - то есть с помощью средств, ресурсов и возможностей науки, истории, культуры и компьютерной обработки материалов раскопок оценить истоки и пути развития всех специализированных машин мозга - в обход всякой мифологии и догм. Тут необходимо помнить, что эволюция мозга не оставляет "костей" и прямых улик. За короткий исторический период мозг прямоходящих обезьян подвергся кардинальной реконструкции, о чем приходится судить не по "черепкам" новых способностей, зародышу "личности", а лишь по динамике внутреннего переустройства костей черепа. Развитие мозга связанго в первую очередь с органами чувств и необходимостью адекватно и полно манипулировать с зрительной, слуховой информацией. С этой информациецй мозг обращается частично произвольно, частично - в автоматическом режиме. Если освободившиеся руки человека потребовали орудий труда и ору-дий защиты, то главным орудием мозга стало знание, экспертиза, опыт, которые по крупицам приобретались в ходе многочисленных проб и ошибок. Подобно драге золотоискателя, мозг просеивает горы информации, чтобы заполучить крупицы знаний. Вся информация от органов чувств поступает в нейронные сети мозга на универсальном языке электрических разрядов с частотой тысячной секунды. Быстродействие электрических каналов связи вполне достаточно для передачи в мозг любой важной информации. Электрические коды линейно упорядочивают потоки информации от разных органов чувств, интегрируют разнородную информацию образами (враг, жертва, пища, чужак и т.п.) Этот вид линейного кодирования требует много ячеек памяти для улавливания новизны на фоне уже известного. Каждый нейрон на-шего мозга имеет множество отростков, каждый отросток контактирует с другим отростком соседнего нейрона. Получается ультраплотная сеть нейронов, позволяющая создавать бесконечные комбинации работающих "ансамблей" нейронов. Вторая особенность нейронов - в их отростках локализованы молекулярные машины памяти, которые перекодируют электрические сигналы в линейные параллельные ряды белковых молекул (файлы молекулярной долгосрочной памяти ). Молекулы памяти не синтезируются, а просто переупаковываются по мембране без затраты энергии. Поэтому энергетические расходы мозга сопоставимы с лампочкой на 25-30 Ватт. Последовательность электрических импульсов перекодируется в нанотексты линейных рядов молекул с плотностью расположения соседних молекул в миллиардную долю метра. "Электронно-ионный" компьютер состыкован с "молекулярным", который "электрические тексты" переписывает на "жесткий диск" па-раллельными рядами молекул. Оба компьютера работают в интерактивном режиме, т.е. любая информация существует либо в реальном времени ( оперативной памяти) либо хранится в долгосрочной памяти в отростках нейронов (синапсах). Огромные массивы негенетической внешней информации упакованы серийными рядами молекул белков. Мозг, усваивая новизну, расширяет объем памяти (экспертизу). Устройство мышц руки выдающегося скрипача или теннисиста мало отличается от мышц руки обычного человека. Однако в головном мозге музыканта или спортсмена работает уникальная программа из многих тысяч нейронов, синхронно и тонко управляющая работой двадцати мышц-сгибателей и такого же количества мышц-разгибателей руки. Подчиняясь таким программам, многие соматические клетки могут достигать в работе удивительного совершенства. Например, мускулатура нашего выдающегося штангиста Павла Власова была натренирована синхронно сокращаться в режиме тысячных секунд. В результате высочайшей производительности мышц ему удавалось поднимать вес, который намного превышал вес его собственного тела. Пример Власова и других выдающихся спортсменов показывает, что возможности человеческих мышц реализованы всего на 10-15%. Новые рекорды и прорывы будут осуществлены новыми программами управления, созданными нервной системой в слепом эволюционном поиске. Спорт остает-ся механизмом эволюции, механизмом отбора наилучших решений, которые интересны всему обществу. Специальные программы мозга позволяют человеку преодолевать боль, не отвечать ожоговой реакцией кожи на высокую температуру, эффективно противостоять холоду или невесомости. Следует помнить, что разница в геноме между Homo Sapiens и обезьяной составляет всего три процента ( кстати, еще Ницше пи-сал:"Я ничему не удивляюсь в человеке после того, как узнал, что половина его генов происходит из червя"; а последние данные пока-зывают, что эта гомология генов между исследованным видом червей и Homo Sapiens еще выше - почти 75 процентов ). Только новое устройство мозга дает нашему виду билет в другие реальности. И мышцы и органы чувств у обезьяны развиты лучше, чем у человека. Однако обезьяна значительно хуже умеет пользоваться своими органами, поскольку хуже извлекает суть и плохо обучается. Известно, что мозг человека на 80 процентов загружен зри-тельной информацией. Взаимодействие квантов света с фо-торецепторами (палочками и коробочками) сетчатки по принципу фотоэлемента дает на выходе электрические сигналы, частотой и амплитудой которых закодировано изображение. Распознавание "старых" и "новых" образов, разумеется, не происходит автоматически на сетчатке, и клетки самого глаза его не обеспечивают - они для этого слишком примитивно устроены. Поэтому глаз работает как современный электронный фотоаппарат или телекамера, передавая информацию "по кабелю" в первую "студию" - таламус (зрительный центр). В начале 70-х годов ХХ века многим молекулярным биологам казалось, что расшифровка ДНК и законов генетического кода дает ключи к раскрытию алгоритма мозга как компьютера.Важно было грамотно сформулировать задачу и выбрать только одну машину мозга, чтобы расшифровать устройство и программу. В 1972 году две главных знаменитости в молекулярной биологии - Фрэнсис Крик и Сидней Бреннер -пригласили работать в Кембридж "молодого гения" - Дэвида Марра. Этот молодой ученый сумел убедить лучших молекулярных генетиков, эмбриологов, физиологов и эволюционистов, что первым шагом на пути к тайнам мозга должны стать исследования, проясняющие механизмы зрения. Под влиянием Марра была создана первая международная программа, в которой было задействовано 10 нобелевских лауреатов. К сожалению, это замечательное начинание через несколько лет осталось без лидера: Марр погиб в расцвете лет в 1980 году. Однако симпозиумы, посвященные его памяти, продолжаются и ныне. Марр, позднее Фрэнсис Крик предположили, что изображение с сетчатки глаза снимается и передается в таламус не как целая картинка, а как мозаика "пикселей" (минифрагментов) изображения. Молекулярные биологи ухватились за эту идею, потому что "пиксель" сетчатки выглядел похожим на один "ген" зрения. Комбинацией "пикселей" можно было бы объяснить передачу любого изображения от сет-чатки в мозг. Крик пытался выяснить материальную подоплеку одного такого зрительного "пикселя" на "экране" таламуса и коры. Однако уровень его методики оказался недостаточным, чтобы получить однозначный ответ на этот вопрос. Через два года после Крика эта задача была блестяще решена Гарритом Стенли и его коллегами в Калифорнийском университете (Беркли, США). Ответ оказался неожиданным. Ученые пометили 177 нейронов таламуса бодрствующей кошки микроэлектродами для записи электрических импульсов на таламусе при передаче изображения от сетчатки и при закрытых глазах животного. Профиль электрической активности каждого из 177 нейронов таламуса естественным образом менялся в зависимости от картинки на сетчатке то есть от того, что в данный момент видела кошка. Декодировка электрических сигналов проводилась компьютером по ранее составленной программе (одни сигналы кодируют контурную линию предмета, другие - цвет, третьи - глубину и текстуру изображения). Когда перекодированную информацию от всех нейронов суммировали и вывели на монитор, экспериментаторы увидели немного размытое изображение предметов на сетчатке глаза кошки! Этот эксперимент прямо подтвердил линейный перенос зрительной информации от клеток сетчатки к клеткам таламуса как бы с помощью многожильного кабеля, который содержит около 150 000 нейронов на 1 квадратный мм. Новорожденный ребенок имеет сформированную нервную сеть клеток в таламусе и после рождения немедленно учится ею пользовать-ся. У хорьков короткий внутриутробный период развития оставляет новорожденных с недоразвитой нервной сетью таламуса, зрительной и слуховой коры. Таламус является главным диспетчером, куда первично приходит и интегрируется зрительная и слуховая информация. Если у новорожденных хорьков перерезать нервы, соединяющие таламус с слуховой корой, возникают удивительные метаморфозы. Зрительные нервы от таламуса первыми проникают в слуховую кору и реорганизуют устройство нервной сети под прием зрительной информации. Такие животные с перестроенным мозгом воспринимают зриительную информацию одновременно зрительной и слуховой корой больших полушарий. Эти замечательные опыты показали, что гены внутриутробного развития намечают лишь общие контуры устройства мозга, число клеток в разных отделах мозга. Однако главные "дирижеры" сборки разных функциональных сетей для зрения, слуха, обоняния - сигналы от органов чувств, то есть из внешнего мира. Огромная пластичность устройства мозга новорожденных детей позволяет маневрировать проектом окончательного устройства мозга в разных внешних условиях ( иметь много разных машин для разнообразных функций, или меньше машин, но с мощной программой ). Если мы вспомним, что один воскресный выпуск солидной западной газеты сегодня содержит больше информации, чем получал средний горожанин ХVIII века за всю жизнь, мы лучше почувствуем, где мы с вами сейчас находимся. Стратегия будущего существенно зависит от того, каким образом мозг человека в обществе будет использоваться нынешним и следующим поколенями. В условиях переизбытка всяческой информации мозг многих людей и у нас, и на Западе, прозябает в болоте невежества и недоразвития. Обществу вредят не новые знания, а невежество в отношении их использования. Люди плохо относятся к тому, что не хотят или не в состоянии понять. Прино-равливаться в рамках привычной веры (чаще суеверий) проще, чем воевать с инстинктом предубеждения. Знания добавляют взрослому человеку независимости от диктата потребностей и круглосуточного потребления. Знания делают нас свободными от наших устройств и древних генов, если своевременно действуют на развивающийся мозг и включают гены творчества. Только знание, а не суррогат, является силой, развивающей мозг ребенка. Информация не влияет на устройство и функцию органов потребления и размножения. В этом плане у нас мало что изменилось с эпохи палеолита. Лишь новые возможности мозга открывают человеку новые пути и перспективы. М.Б. Время от времени в СМИ появляются сообщения о компь-ютерных средствах борьбы с частичной или полной утратой зрения и слуха, об автоматических электронных устройствах, позволяющих парализованным людям общаться с окружающими и даже частично возвращаться к полезной деятельности. Какие показательные и достоверные примеры из этой области Вы могли бы привести? В.Р. Я, несколько отклоняясь от вопроса, хочу сказать, что вообще - природные "ошибки" в устройстве и программах мозга дают очень много для понимания его нормальной работы. Некоторые репортажи людей из "серой зоны" - между жизнью и смертью - открывают нам новые аспекты взаимодействия духа и тела, сознания, разума и мозга. Порой такие репортажи с реанимационной койки сообщают нам больше, чем доказательные опыты. Какой сенсацией была книга Жана Доменика Боби (Bauby) "Скафандр-бабочка", ставшая в 1997 году мировым бестселлером. Этот преуспевающий писатель-журналист (редактор французского журнала Elle ) в 1995 году перенес тяжелейший инсульт, парализовавший все его мышцы. Работоспособной осталась одна мышца, поднимавшая левая веко. Этим левым веком он научился "разговаривать" с сиделкой, которой продиктовал роман. В начале книги он описывает первые часы и дни его "души-бабочки", неожиданно выпорхнувшей из парализованного тела и с ужасом наблюдавшей со стороны консилиумы врачей, разговоры жены и детей над его собственным, но уже чужим телом. Главная мысль этого репортажа заключалась в том, что все рутинные программы "внутренней жизни" личности оказались неповрежденными. Более того, они как бы продолжались и саморазвивались в новой обстановке, при полной разъединенности с телом. Многие ученые пытались прокомментировать этот роман, однако их рассуждения относились все же к области обычной, здоровой жизни, а не к особому состоянию, вызванному тяжелейшей болезнью. Можно лишь предположить, что высокоразвитая "внутренняя реальность" мозга теряет жесткую зависимость от материальной части машины, каким-то образом автономизируется от факторов, контролирующих устройство. При этом неисследованность феномена вовсе не открывает дорогу мистике. Уровень медицинской помощи пациентам после тяжелого паралича значительно возрос после того, как началось использование микроэлектродов, которые от мышц пальца или прямо от головного мозга управляют курсором компьютера. Несколько недель пациент учится "усилием мысли" или с помощью микродвижений пальца перемещать курсор по экрану, затем осваивает технологию печтания текстов и общения в интерактивном режиме. Натренированные пациенты способны напечатать страницу текста за несколько минут. Эти тренировки поврежденного мозга с помощью компьютера стимулируют регенерацию и восстановление утраченных навыков. Для лечения наследственной слепоты компании создают так называемые "силиконовые протезы" сетчатки, которые восстанавливают передачу изображения от сетчаки в мозг с помощью вживленных микропроцессоров, которые вместо утраченных светочувствительных клеток ( палочек и колбочек) передают электрические импульсы в зрительную кору. Такие "протезы" мо-гут быть выполнены в виде очков или головного прибора. М.Б. С одной стороны - языки генома, химических сигналов в клетках, электрических сигналов в мозге. С другой - язык челове-ческого общения, язык нашего сознания. И в том и в другом случае мы имеем дело с продуктом эволюции. Обозначение столь по-разному материализованных феноменов общим словом "язык" - имеет ли, с точки зрения нашего "историко-информационного" подхода достаточные основания? В.Р. Внешних аналогий много. Язык ДНК и язык человека - ли-нейные дискретные потоки сообщений. Пространственные коды потребовали бы огромных объемов памяти - и соответственного роста объемов мозга и нервных клеток. "Смысл" текстов ДНК реализуется в клетке трехмерными белковыми ансамблями - машинами клеточных функций. Язык человека также имеет "многомерную" оболочку смысла вокруг линейной фразы. Материальная конструкция мысли - это всегда работа трехмерных ансамблей нейронов. Исходная фраза-это лишь ключ, который включает компьютер. Эволюция принимает форму обучения через лингвистические структуры и технологии речи и языка. Одновременно время и случай подгоняют биологические ма-шины языка и речи к главным задачам выживания. Как и в случае (убрано слово) ДНК язык повторяет общие правила эволюции - эволюционируют структуры, но не принципы, соединяющие слово со смыслом, грамматику, синтаксис - с семантикой и лексикой. Эти главные взаимосвязи структур и функций языка генетически предопределены устройством человеческого мозга, его машинами для сборки слов в предложения и предложений - в когерентные тексты. Мозг - это компьютер, собранный из нервных клеток, для обучения. И первые, древние, короткие сигналы речи стали первым "интернетом" для передачи самой важной сути.Речь развивалась как наилучший инструмент передачи "сухого остатка" опыта, "работающего" на всех. Мы понимаем русский потому, что развили автомат-переводчик, который, подобно кодовому замку, умеет расшифровывать линейный порядок знаков. Алгоритм, упаковывающий смысл в новый набор слов, не найден. В фразе из 10 слов допустимо 3 миллиона 628 тысяч комбинаций. Однако лишь одна комбинация является грамматической, несущей полную информацию. Вряд ли универсальный алгоритм понимания речи вообще существует, поскольку ключи к замку эволюция подгоняла вслепую. Выдающийся современный лингвист Наум Хомский доказал, что универсальная грамматика и синтаксис являются врожденным биологическим свойством мозга. Как клетки имеют машины синтеза белка, так ансамбли нейронов автоматически умеют превращать текст в смысл. Использование языка обусловлено автоматикой и совершенством машин мозга, манипулирующих словами-символами. И наше умение всем этим оперировать - есть часть нашей эволюции, такая же как и наша способность разспознавать образы или соединять вместе информацию от разных органов чувств. Как мы без обучения способны пользоваться нашими половыми клетками для создания биологического будущего, так органы и машины речи умеют автоматически соединять структуру предложений со смыслом. Этому не выучиваются. Изучены наследственные болезни детей, при которых биологические машины продуцирования и понимания устной и письменной речи повреждаются. Законы грамматики, синтаксиса, коды смысла столь же биологически объективны и универсальны, как язык и правила генетического кода. Способность мозговой ткани превращать молекулы в нематериальное качество - смысл - резко уменьшила зависимость человеческого су-ществования от диктата сиюминутных ситуаций. М.Б. По-видимому, компьютерный анализ закономерностей грамматики и синтаксиса, семантики языка поможет не только глубже понять двуединство программ и устройств мозга, но и улучшить диалог человека с компьютером. Быть может, именно компьютеры, способные путем визуализации изменять наши привычные методы анализа данных, позволят вывести некие наиболее общие закономерности жизни и эволюции: подобные тем, которые найдены в физике для взаимодействия материи, энергии, поля? В.Р. Я думаю, с попытками объяснять сложное простым нужно быть предельно осторожным. Этот научный прием выходит из моды. Жизнь - это вертикальная и горизонтальная иерархия переплетенных информационных сетей, где все этажи и все виды "оборудования" взаимосвязаны. Только в линейных системах существуют простые зависимости типа причина-эффект. Наука должна научить человека выживать в сложных ситуациях без упрощенных объяснений. Компьютеры призваны помочь увидеть то, что остается недоступно нашему левому полушарию, оперирующему абстрактно-логической ин-формацией. Необходимо только подчеркнуть,что научная визуализация не имеет ничего общего с бытовым "увидеть". Значит, человеку пот-ребуется четвертый язык ( после языка ДНК, языка межклеточных со-общений и языка внешнего общения, человеческой речи) - язык компьютерных образов, на который будут "переводиться" данные для представления их в правом полушарии нашего мозга, которое умеет манипулировать гигантскими массивами зрительной информации. Этот новый язык "умозрения" не только расширит горизонты понимания и восприятия, но и позволит лучше понять границы возможного в работе и устройстве мозга. Быть может, где-то здесь и концентрируются сейчас новые силы природы, направляющие "ковчег" жизни по новым маршрутам. М.Б. Мне кажется, настает время подводить итоги нашей беседы. Давайте вернемся к первому вопросу: какой новый ПРОЕКТ БУДУ-ЩЕГО начинает определяться? Отменяет ли новая ситуация: соединение био- и техносферы - старые "правила игры", действовавшие на прежних эволюционных стадиях? Что наиболее важное пришло в мир с новыми информационными сетями? Что сегодня в большей степени направляет эволюцию: физические факторы планеты или созданная человеком информационная среда? В.Р. Первые этапы эволюции видов на Земле - назовем их "дар-виновской эволюцией" - происходили как отчаянная борьба по схеме "быть или не быть" под солнцем сегодня, сейчас. Любые биологические войны, как и "прыжки" в новизну укладываются в алгоритм: все средства хороши, чтобы вырвать свой шанс, зацепиться за настоящее, отбить пространство и время на самореализацию. Однако режим войны неэффективен энергетически и информационно. Эволюционные войны - это топтание на месте. Появление нового качества всегда требует прекращения войн и перехода к сотрудничеству. Режим войны и смертельной конкуренции уничтожает связь настоящего с прошлым и с будущим. В "дарвиновской эволюции" цена прожитой жизни - ноль, какой-либо смысл возникает только в эволюционной перспективе (невольно вспоминаешь Максимилиана Волошина: "Справедливость - это таблица умножения убитых"). Однако с появлением человеческой цивилизации и культуры ситуация преображается. В информационно богатой среде человек и другие виды перестают быть анонимным строительным материалом. Информация формирует личность и новые ценности существования. Силы творчества нейтрализуют инстинкты потребления. Теперь (убрано слово) жизнь каждого человека получают значение и смысл, который не сводится к выживанию любыми путями. Чем более богаты и разнообразны цивилизация и культура, тем выше цена жизни. Новая организация жизни гарантирует права каждого на жизнь и будущее. Жизнь, личностные ценности, все сильнее зависят от сообщества и правил игры в сообществе. Силы эволюции строят "духовный ковчег" личности над древним биологическим каркасом человека. Сегодня уже появляются проекты строительства в космосе не путем завоза строительных материалов, скажем, с земли, а путем засылки программ, которые реализуют план из подсобного местного материала. Информатика учит, что любые молекулы, любой вид неживой материи могут быть превращены в носителя информации. Если элементарные частицы способны хранить не только энергию, но и информацию, то Вселенная является гигантским компьютером. Физика обречена понять программы элементарных частиц, взаимодействие информации и энергии на корпускулярном уровне Виртуальные реальности сетевых компьютеров становятся главной средой проектирования, испытания и отбора нового оружия, моделирования мини-войн, отработки критических ситуаций в космосе, экономике, политике, биржевых играх. Виртуальные испытания безотходны и экономичны - ошибки и неправильные расчеты не сопровождаются гибелью людей и загрязнением окружающей среды. Компьютерная революция подняла производительность современной цивилизации. Не секрет, что подготовка квалифицированного специалиста в любой об-ласти знаний занимает 20-30 лет. В прежнее время такие эксперты успевали передать обществу 2-3 процента своих знаний в виде общественно полезного продукта. 98 процентов информации в каждом поколении пропадало с биологической смертью экспертов. Этому сейчас приходит конец, поскольку индивидуальные компьютерные оболочки сохраняют подобно библиотеке все наработки, которые далее могут быть востребованы. Решение этой проблемы с помощью компьютер-ных сетей поможет сделать более осмысленной и полезной деятельность ученых и творческих людей. Важной нерешенной проблемой остается эффективное использование знаний отдельными личностями, лабораториями и корпорациями. Известно, что только 2 из 10 патентов любой крупной корпорации внедряются на практике. 80 процентов открытий ждут своей путевки в жизнь. Это происходит из-за "бюрократической" пробуксовки, человеческих лимитов восприятия новой информации и невозможности во - время принять квалифицированное решение. Ныне создаются специ-альные команды людей и компьютеров, которые подготавливают материалы для принятия решений высшему руководству корпораций, министерств и т.п. Подобная компьютеризация деятельности высших долж-ностных лиц должна ускорить научный прогресс и эволюцию знаний. Опережающими темпами развиваются компьютерные технологии, создающие персональные многоцелевые информационные оболочки. Большую популярность получили переносные мини-компьютеры, призванные создавать вокруг владельца своего рода приватную информационную оболочку, своевременно предупреждать и даже защищать от нежела-тельных факторов ( например, медицинский электронный детектор ошибок постоянно контролирует деятельность главных органов человека, ведет мониторинг факторов риска). За такую модную "информационную одежду" современные люди готовы платить как за собственную охраняемую территорию. Подобные оболочки сегодня помогают человеку выделить и ограничить пространство его личности, обеспечивают его privacy. Эти компьютерные системы используются не столько для повышения производительности труда, сколько формируют "ин-формационную среду обитания" личности. Поэтому они получили название "экзистенциальных компьютеров" - они соединяют человека с окружающим миром не через производство а на уровне культурных и моральных ценностей. Современность требует от человека множества принципиально новых, беспрецедентных решений. Новые компьютерные технологии и разработки напарвлены прежде всего на то, чтобы создать для появления таких решений благоприятную среду, на максимальное раскрытие талантов и творческих возможностей человека в информационно богатой обстановке. Нетрудно видеть, что все расширяющийся диалог человека и компьютера во имя новых горизонтов знания, создает новые модусы и человеческой мысли, и человеческих поступков, мобилизует заложенные в человеческих генах и пока еще не "разбужен-ные" творческие потенции. Не исключено, что о скрытых прежде возможностях нашего генома мы узнаем в XXI веке больше, чем за всю историю человечества. Но на этой фразе следует заканчивать наш разговор - ибо самой слабой стороной науки остаются прогнозы.

Библиотека Виртуальной Пустыни

МИР НАУКИ

"КОВЧЕГ ЖИЗНИ" НА СТАПЕЛЯХ ЭВОЛЮЦИИ

С биологом Вадимом Репиным беседует Михаил Бутов.

Репин Вадим Сергеевич (род.1936) член-корреспондент РАМН, доктор медицинских наук, соросовский профессор, специалист в области медицинской клеточной биологии, автор более 350 научных работ, из которых более 200 опубликованы в ведущих научных журналах мира, и 5 монографий. Основные научные интересы: стволовые клетки человека и их применение в медицине.
В "Новом мире" публикуется впервые. Михаил Бутов. В наших предварительных беседах определились два положения, которые, мне кажется, и должны очертить пространство нашего настоящего диалога. Первое касается информационных источников и движущих сил эволюции жизни. "Ковчег жизни" собирался, перестраивался и продолжает изменяться силами информации. Второе - посылка о слиянии био- и техноинформации в единую новую силу, доминирующую сейчас на планете. Отсюда могут быть сделаны весьма радикальные выводы и начинает вырисовываться ПРОЕКТ БУДУЩЕГО, по поводу которого еще лет десять назад серьезный разговор был бы, пожалуй, невозможен - нас обвинили бы в том, что мы занимаемся научной, а то и ненаучной, фантастикой. Сегодня это уже очевидно не так. Что же за прорыв такой состоялся, поставивший нас перед решительно новыми реалиями и изменивший ситуацию? Вадим Репин. Гигантский скачок в понимании жизни произошел за последние два десятилетия благодаря изучению мира клеток и "языка жизни", благодаря мощному прогрессу кибернетики и информатики. Наука сегодня проникает в заповедные области, где стыкуется нематериальное и материальное, буква и дух жизни, текст и контекст существования молекул, клеток и организмов. Живое проще всего понять по аналогии с миром компьютеров: через феномены хранения, процессирования информации с целью ее реализации (проживания) в наблюдаемых материальных явлениях - возбудимости, подвижности, сокращении, делении, изменении устройства клеток, - элементарных единиц жизни. Только у клеток, а не у молекул, есть программа, записанная на специальном химическом языке, которая управляет работой клетки. Любая форма жизни жестко запрограммирована как химической программой, так и химическим устройством. Информация ор-ганизует потоки энергии и веществ в клетках, т.е. все проявления жизнедеятельности. Подобно электрическим сигналам в сетях компьютерных, химические сигналы циркулируют в биологических информационных сетях. Скачок от неживых молекул к живой клетке, от вещества к существу - это скачок в мир информационных сетей и организованных потоков материи и энергии. Набор молекул превращается в динамическую самоподдерживающуюся сеть. Глобальные информационные сети соединяют мир бактерий, растений и животных в единую систему. Каждая клетка стремится расширить диапазон и репертуар реализации биологической информации в единице объема в единицу времени. Эволюция жизни на земле - дневник, протокол самораскрытия клеток как запрограммированных устройств на стыке с другими пластами природных событий. В эпоху экспоненциального накопления информация становится мерой эволюции. И до сих пор эволюция проходит стадию ползающей личинки - чтобы превратиться в летающую бабочку с другими степенями свободы. М.Б. Можем ли мы говорить, что информационные принципы, информационные законы - не просто удобная модель для познания живого, но имеет место сущностно единое информационное поле, объединяющее информационные сети живой материи и сети техногенные, то есть что эти феномены в чем-то одного порядка, и на этой общей платформе им невозможно не сомкнуться? А стало быть, что научная мысль и порожденные ею техногенные сети есть мощнейший эволюцион-ный фактор? Но в этом случае и само понятие "эволюция" кардинально меняет свое содержание. Эволюция перестает быть явлением природным - и становится гибридным процессом, движущие силы которого действуют на стыке интеллекта человека и машин ? В.Р. Эволюция жизни есть формула существования, алгоритм порядка, который противостоит "хаосу" неживой природы. Важно подчеркнуть это противостояние. Поэтому законы неживой природы ( область научных интересов физики и химии ) не могут объяснить феномена жизни, множественности ее форм и видов, конкуренции и синергизма видов, происхождения новизны путем самоорганизации, - как правила игры в шахматы не могут объяснить теннис. Только в информационно организованных живых системах мы находим цель и функции для реализации этой цели. Только живые системы наделены уникальной спо-собностью осуществлять сложные физиологические процессы на базе достаточно простых химических реакций. Законы, по которым происходит такое перекодирование химии в функцию, "оптике" современной науки остаются еще недоступными. В отличие от атомов и молекул, клетки - существа невероятно разнообразные, однако на основе достаточно стандартного и однотипного устройства. Клетки являются "киллерами хаоса", потому что обречены устройством и программой вылавливать новую информацию из окружающей среды и осваивать новые информационные рубежи. Чаще эволюционируют не структуры, а программы их использования в новой функции. Клетки демонстрируют три уникальных качества: Воссоздают порядок из предшествующего порядка: важнейшая информация, план устройства и функционирования клетки копируется веществом наследственности (ДНК) от родительских клеток в новые поколения. Информация в ДНК записана линейным кодом ( то есть самым компактным способом - природа экономит жизненное пространство) и упакована в сотни и тысячи раз более плотно, чем на жестком диске современного компьютера. Создают порядок из химического хаоса молекул, используя потоки веществ и энергии для создания структур ( то- есть пространственного порядка ). Все реальные проявления жизни задаются белками - трехмерными копиями генов ДНК. В самой ДНК жизнь существует лишь в виде проекта. Живая клетка - это пространство и деятельность функционирующих белков, собирающихся в молекулярные машины. Каждый белок имеет несколько стыковочных "вилок-розеток" - как строительный модуль в детском конструкторе. Только специальная сеть инструкций (программа) способна организовать и "оркестрировать" работу миллионов молекул и машин в клетке. Клетка - это всегда двуединство устройства и программы. Все клетки одноклеточных и многоклеточных организмов используют единый язык ДНК и белков, хотя различаются деталями устройства. Происхождение видов, эволюцию форм проще всего понять как "конкурентный спорт" все новых и новых способов сборки и функционирования белков, клеток, организмов и биоценозов. Потоки информации между клеточной мембраной и ядром определяют работу генома и то, какие комбинации генов будут задействованы для реализации функции клетки. Сигнальные сети - от уровня молекул до уровня биоценозов - организуют согласованные ответы разных клеток и организмов. Мгновенные информационные события: фиксация новых сигналов рецепторами на поверхности клеток - трансформируются в события материальные, в строительство новых органелл и клеток. Клетки структурируют время "архитектурными" постройками. И разные эпохи эволюции различаются стилем биоархитектуры. Часть клеток, часть организмов и целых видов новая информация обрекает на исчезновение. Ясно, что любое устройство имеет довольно узкий диапазон для выживания. Клетка - ковчег порядка в океане хаоса и на ветрах информации. Клетки, как и организмы, реагируют на сигналы, а не на вещества. В отличие от потоков питательных веществ и энергии сигналы всегда перекодируются на язык программ клеток. До сих пор эволюция жизни на планете "работала" исключительно на биологической информации, циркулирующей в живых клетках и между клетками. В настоящее время эволюция уже творится на стыке био- и кибер-сферы, работа клеток и организмов все чаще сопрягается с алгоритмами компьютеров для освоения гигантских информационных массивов. Но разговор об этом новом витке эволюции будет понятнее читателю, если мы сперва рассмотрим всю цепь событий в ретроспективе и начнем с первых шагов жизни на земле. М.Б. Была ли вообще - по крайней мере в истории Земли - точка перехода от неживого к живому? Или первые живые организмы уже "оформившимися" попадают однажды на нашу планету из космического пространства, а момент зарождения жизни теряется где-то в астро-номическом времени? А может быть земля так или иначе "импортиро-вала" жизнь изначально, еще на стадии планетообразования? В.Р. Наука скрупулезно анализирует каждую из перечисленных Ва-ми возможностей. По современным данным, Земля возникла около 4,5 млрд. лет назад из спрессованных остатков старой звезды, метеоритов и космической пыли. Полагают, что первые образцы жизни на Землю были занесены из космоса, когда возраст Земли был около 1 млрд. лет. Гипотеза "заноса" (панспермии), выдвинутая в начале ХХ века Сванте Аррениусом, сейчас имеет много больше сторонников, чем идея самозарождения и сборки клеток заново на молодой планете. Нет оснований исключать одновременную постепенную эволюцию простых молекул в сложные в первый миллиард лет существования Земли. Однако бурный прогресс микробной жизни сместил на второй план возможности самозарождения клеток. Нынешние условия на Земле не дают никаких шансов самозарождению клеток из ДНК, белков даже в специально созданной лабораторной среде. В 60-е го-ды ХХ века русские и английские ученые в Антарктиде открыли глубоководное озеро "Восток" - древнейший изолят пресной воды с возрастом более 3 млрд. лет. Этот уникальный "музей" ранней жизни оказался замурованным под двухкилометровой толщей льда. Озеро не промерзало, поскольку находилось в кратере вулканической гряды, отдающей значительное тепло земных недр. Пробное зондирование обнаружило уникальных бактерий, продуцирующих энергию в абсолютной темноте неизвестными ранее способами. Скорее всего, протобактерии той эпохи научились выживать, используя для биосинтезов градиенты температуры. Пока что исследования микробов Антарктиды были ограничены забором образцов льда, в которых были обнаружены древней-шие виды бактерий. Однако на бурение льда на самом озере Восток с целью получения глубоководных проб наложен международный мораторий, пока не будет придуман способ, исключающий возможность внесения современных микробов. Но и первые находки позволили идентифицировать бактерии, способные существовать без солнечной энергии. Прототипы таких бактерий сейчас разыскивают с помощью спектрального анализа в глубинных слоях астероидов, Марса и других планет, в хвостах комет. Вероятно, они-то и были "варягами", пришедшими на Землю из космоса. Другие отпрыски древнейших династий бактерий обнаружены в губоководных вулканах на дне океана и в гейзерах. Эти микробные изоляты великолепно приспособились к температуре 150-250 С и давлению в несколько атмосфер. Маргиналы-термофилы создали особо (убрать тире) прочный каркас ДНК и белков. Крайности эволюции показывают, что ДНК, белки и другие молекулы являются не целью, а средством выживания. Поэтому "репертуар" генома микроорганизмов с изменением условий подвергается кардинальной перестройке. Молекулярная архитектура подгоняется под контекст выживания. В то же время в нормальных константных условиях геном обеспечивает стабильность фенотипа клеток, пока условия среды кардинально не меняются. Только клетки, а не ДНК, являются полноценными "зарегистрированными" участниками - и творцами эволюции. Проводя конкурс без предварительного плана, эволюция вполне бездумно отбирает лучший результат, не вдаваясь в процесс и не исследуя качество отдельных молекулярных машин в клетке. Эволюции "безразлично", как бактерии дышат и каким способом они генерируют энергию. Важен конечный результат - быть или не быть! Существует сила, заставляющая любую ДНК клетки, ин-формационный проект жизни "раскрываться" в реальную белковую жизнь, осуществляться в реальном физическом пространстве и времени. На этой силе и держится вся лестница эволюции. М.Б. Есть ли объяснения, почему жизнь на Земле стартовала именно с микробов, а не сразу, скажем, с каких-то более сложных организмов. В чем особые достоинства одноклеточных? В.Р. Темп деления микробов в 100-10000 раз выше скорости удвоения клеток многоклеточных организмов. За одни сутки можно получить 40 поколений клеток, т.е. сотни миллиардов бактерий. От 30 до 50% потоков энергии и питательных веществ преобразуются у бактерий в новые копии ДНК. Бактерии перекачивают солнечную энергию в главные информационные молекулы жизни. Поскольку цивилизация бактерий создавалась в эпоху мощных геологических катаклизмов и непредсказуемых изменений климата, бактерий выручала их уникальная способность приспосабливаться и выживать за счет постоянной модификации генов, Невероятная скорость приспособления в широчайших диапазонах - это главное оружие бактерий. Бактерии первыми на земле создали гигантскую "библиотеку" генов, включая целые генные кланы, семейства и родословные, которые затем перекочевали в многоклеточные организмы. Если бы жизнь начиналась с многоклеточных, на создание той же библиотеки и банка генов ушло бы гораздо больше времени. Бактерии оказались главным источником вирусов. Многие из вирусов-"казанов" научились легко преодолевать "границы и таможни" видов и биоцено-зов, занимаясь "контрабандой" чужих генов. Этот так называемый "горизонтальный" перенос генов между клетками в биосфере сыграл важнейшую роль в возникновении и распространении многоклеточной жизни. "Вертикальный" же перенос информации от ДНК родителей к потомству оберегеает любой вид жизни от уничтожения. Возникновение и стабилизация видов связаны с надежной информационной изоляцией половых клеток и полового процесса и его защитой от внешних помех. Когда жизнь на земле вошла в спокойное русло, скорость прис-пособления клеток перестала быть главным фактором выживания. Самораскручивающийся маховик эволюции стал осваивать новые пласты качества, в том числе и другие масштабы пространства-времени. Бактериальные клетки в новой ситуации лишились перспективы, хотя накопили гигантский арсенал генов из которых только крохотная часть использовалась в их краткосрочной жизни. По мнению известного биолога Ричарда Доукинса, эволюция - это своего рода гигантское биопредприятие по освоению пространства и времени, напоминающее современную фирму. Здесь имеется свой "Отдел новых разработок" и свой "Отдел практического внедрения". Ключевые позиции в "отделе разработок" занимают вечно изменчивые бактерии, в каждом поколении поставляющие на "рынок" биоинформации новые гены. С помощью вирусов и латерального переноса новые гены постепенно внедряются в геном других видов. Новизна приходит в живой мир с новыми молекулами ДНК. Вместе с тем, наборы константных генов бактерий, растений и животных не меняются более миллиона лет.
( М.В. -так нужно сохранить эту фразу без потери смысла и порядка изложения)
Этот "золотой запас" информации используется для незаменимых ключевых реакций, без которых клетке не выжить. "Золотой запас" формирует основной каркас "ковчега жизни". По каким-то неизвестным пока причинам структура генов из "золотого запаса" практически не меняется на гигантских отрезках эволюции. В дополнение к "золотому запасу" в каждом геноме бактерий или многоклеточных имеется "экспериментальный отдел", где создаются, привносятся или испытываются новые гены или целые кассеты генов в поисках неизвестных ранее возможностей и функций. С помощью "экспериментальных" генов любая клетка расширяет нишу выживания, диапазон функций и качество воспринимаемой информации. М.Б. Почему эволюция не собрала многоклеточные организмы из клеток бактерий? Зачем нужно было принципиально изменить устройство клеток, создавать в них ядро, органеллы, другие специализированные "цеха и заводы", чтобы приступить к созданию многокле-точных? Какова была последовательность шагов этого перехода - сперва появились новые, более сложно устроенные клетки, и уже потом из них возникли многоклеточные организмы? В.Р. Нет сомнения, что эволюция испробовала любые возможности, в том числе и те, которые Вы упомянули. Но судить об этом мы можем лишь по крошечной доле чудом сохранившихся успешных результатов. Эволюция десятки миллионов лет маленькими порциями усложняла геном бактерий. Происходило это путем избирательного дублирования фрагментов хромосом, путем импорта чужих генов, а также за счет слияния генов бактерий-симбионтов. По всем направлениям факты свидетельствуют - с неизбежностью время усложняло устройство ДНК всех видов. Разные виды бактерий добивались случайных успехов в создании новых генераторов химической энергии, новых молекулярных машин, новых органелл для избавления от шлаков. Информационные связи между бактериями позволяли копировать важные находки и не открывать "велосипед" вслепую тысячи раз. Эволюционируют структуры, а не принципы самоусложнения и саморазвития жизни. Эукариотические бактерии (т.е. бактерии с типичным ядром и набором органелл ) стали зачинателями великих перемен. Если информационные возможности бактериальной клетки оцениваются цифрой порядка 1 мегабайта, то у эукариотической клетки они они уже порядка 700 мегабайтов. Для сравнения, все тома Британской энциклопедии занимают 600 мегабайтов на компактном диске. Так что скачок от бактериальной к эукариотической клетке можно сравнить с рывком от примитивной лодки к современному лайнеру. Представьте себе, что количество фигур и полей на шахматной доске увеличилось в десять раз. Эти новые начальные условия таят в себе миллиарды новых информационных ситуаций. М.Б. Значит, в истории эволюции бактериям случалось выходить из режима постоянной конкуренции. И это вело к образованию симбиозов, а затем и многоклеточных? В.Р. Да, бактерии действительно с успехом налаживали взаимо-выгодное сотрудничество, если того требовали обстоятельства. Недавно в Австралии в породах с возрастом около 3,5 млрд. лет были обнаружены сохранившиеся отпечатки скоплений цианобактерий (сине-зеленых водорослей) в симбиозе с другими бактериями. Такие "кооперативы" бактерий опережали умением и способностями кустарей-одиночек. Предполагают, что слияние геномов симбионтов сыграло важную роль в эволюции ДНК. Однако это был лишь первый шаг на пути возникновения многоклеточных. Описательная палеонтология, позднее молекулярная палеобиология накопили такие гигантские массивы данных, что упорядочить их без современной компьютерной базы попросту невозможно. Эволюция - это многослойный "пирог" изменений жизни, но при этом многие изменения организмов не являются эволюционными. Требуется квалифицированная научная экспертиза, чтобы воссоздать реальную, а не мифическую цепь событий. Сам момент превращения бактерий-симбионтов в многоклеточные организмы от нас пока ускользает - аналогичного озеру Восток бесценного подарка природы с реликтовыми живыми многоклеточными пока не удалось развелать. Лучшее, что имеет сейчас наука - это окаменевшие музеи ранних многоклеточных, найденные в скальных породах Британской Колумбии (Канада), Австралии, Китая. Поражает многообразие форм многоклеточных организ-мов, возникших практически одновременно. Кстати, помимо симбиоза возможен и другой сценарий взаимо-действия видов, заканчивающийся "порабощением генома" - инфицированные новой программой особи одного вида превращаются в типичных "рабов", обслуживающих настоящее и будущее другого вида. В лесах Коста-Рики живет паук, который охотится на ядовитых ос, выплетая квадратные метры паутины. Однако иногда оса кусает паука, парализуя его мышечную систему на несколько часов. Одновременно оса успевает выбросить на брюшко паука порцию микроличинок. Развиваясь, личинки вгрызаются в кишечник паука. За два дня до смерти геном личинки с помощью специальных команд заставляет паука плести особые корзинки на длинных тонких нитях, в которые после смерти паука перекочевывают развивающиеся личинки осы. Эти сплетенные купели хорошо держат дождевую воду и хорошо изолированы от врагов паутиной. Это яркий пример "зомбирования" одного вида другим. Первая группа ископаемых многоклеточных верифицирована в слоях, датируемых прекебрием - 560-570 млн. лет назад. Находки приходятся на последний, вендианский период прекембрия. Поэтому вендианские ископаемые определяют по геологическому периоду, из-за трудности классификации: разнообразные останки невозможно причислить к животным, губкам или морским растениям. Окаменелые находки имеют самую разнообразную форму: монеты, блюдца, спирали, пальца, расчески с выломанными зубьями - никакого общего плана для систематики. К тому же эти диковинные существа не имели типичных органов пищеварения, дыхания, выделения. Пластичность материала, из которого "лепилась" первая обнаруженная многоклеточная жизнь, напоминает пластичность нынешней жевательной резинки. Природа как бы импровизировала без строгих правил с формой этих существ. Внутренняя структура, напоминающая ячеистую губку, позволяла им поддерживать существование за счет притока и оттока морской воды. Колонии клеток функционировали в режиме пульсирующего "насоса" - сперва накачивали в себя воду для доставки кислорода и пищи, затем откачивали ее для выведения шлаков и отходов. 10 палеонтологов различных стран и школ дают 10 разных ответов на загадки вендианской цивилизации многоклеточных. Вендианская эпоха - это эволюция без отбора и цензуры, когда многоклеточные делали первые шаги. Первым образцам многоклеточных еще не грозила конкуренция на прото-материке в районе нынешней Антарктиды. Завершение эпохи обледенения закончилось резким повышением уровня мирового океана и возрастанием содержания кислорода в атмосфере. Вендианцы первыми - великая находка! - научились созидать энергию путем фотосинтеза: получать питательные вещества из углекислого газа и воды. Не конкурируя с предшественниками за источники энергии, они создали первое "открытое общество", где преобладало мирное существование, а не конкуренция. Потому вендианцы и не имели органов перемещения - не было хищников и жертв. М.Б. Как данные о вендианских многоклеточных согласуются с находками молекулярных палеобиологов, изучающих эволюцию ДНК? С имеющимися у нас сведениями об эволюции эукариотических бактерий, которая началась около 1млрд. лет назад? В.Р. Большое дерево жизни нельзя построить из маленького ге-нома. Когда геном клетки имеет огромный резерв генов, гены начинают работать "командами". Каждая "команда" генов создает разные специализированные клетки из одного набора (генотипа). В этом случае для создания биоразнообразия нет нужды прибегать к импорту генов. Эукариотические клетки имеют много "лиц" и профессий за счет комбинаторики генов. По этому признаку можно идентифицировать эукариотические клетки без анализа ДНК. Я так окольно отвечаю на Ваш вопрос, потому что никому пока не удалось найти сохранившихся образцов ДНК вендианцев. Время и более поздние бактерии уничтожили всю ДНК этих созданий. Однако вендианцы размножались половым процессом через специализированные клетки, что, естественно, не доступно микробам. Судя по отпечаткам, фенотип клеток в пределах одной колонии различался, что говорит о специализации. Это тоже прерогатива эукариотов. М.Б. Эволюция оптимизирует и направляет программу развития ДНК и белков. Благодаря чему новые "эксперименты", новые "слова" и "диалекты" не разрушают первоосновы языка жизни? В.Р. Появление полового процесса в мире многоклеточных было ключевым событием, которое сбалансировало феномены изменчивости и устойчивости в пределах вида. Половые клетки защищают вид от вторжения ДНК чужих видов. Скажем, принудительное оплодотворение яйцеклеток спермиями другого вида дает нулевой результат. Половые клетки и половой процесс надежно защищают ДНК при вертикальной передаче от родителей к потомкам. Не менее важно, что передача видовой ДНК через одну клетку позволяет фильтровать накопившиеся "биопомехи" в виде вирусов, онкогенов, патогенов, которые сумели попасть в организм и размножиться в нем при его жизни. Оплодотворение и внутриутробное развитие (или более простые формы прев-ращения оплодотворенной яйцеклетки во взрослую особь) - это ОТК и "чистилище" для ДНК, входящей в новый круг жизни. Кроме того, эмбриогенез не только фильтрует плохое - но и отбирает хорошее. Появление подвидов и полезных усовершенствований органов чаще всего происходит на стадии зародыша и формирований органов. Важно подчеркнуть, что виды различаются устройством хромосом, а не устройством генов. Комплементарность хромосом половых клеток защищают виды от внешней агрессии . М.Б. Поразительно, что миллиарды живших и живущих форм мно-гоклеточной жизни за полмиллиарда лет эволюции оставили на земле только 35 главных "строительных планов" устройства многоклеточных. Эти главные открытия в архитектуре многоклеточной жизни были сделаны на протконтиненте Гондвана, от которого сейчас на прежнем месте осталась одна Антарктида. Именно в этой зоне земного шара появились на свет новые гены и программы, которые наметили пути освоения биопространства с помощью клеточных кооперативов? То есть, картину следует представлять так: сперва клетки вступали во взаимодействие друг с другом так сказать по сиюминутной коньюнктуре; но эти случайные игры в строительство привели к гигантскому и опять-таки случайному прорыву в будущее биоинформатики, когда клетка начала эволюционировать уже не как отдельная элемен-тарная единица жизни, но как строительный модуль многоклеточной жизни? И резонно ли утверждать, что возникновению главных проектов многоклеточных предшествовала эпоха возникновения архитектурных генов? В.Р. Верно, что возникновение всех 35-ти проектов многокле-точных произошло только однажды в кембрии. Потом природа отдыхала, занимаясь деталями созданных проектов и их модификацией. ( Более дотошливые специалисты знают, что был еще один период активного видообразования в палеозое) Нет объяснений, почему после кембрия исчезли монументальные проекты жизни, ни одного крупного и нового проекта, словно возможности комбинаторики генов, силы эволюционной "фантазии" пошли на убыль. Есть неподтвержденные догадки, что на Земле исчезли какие-то комбинации физических и экологических факторов, которые катализировали кардинальную реорганизацию генома и хромосом. Ясно, что создание 35 проектов-каталогов многоклеточной жизни связано с появлением в геноме нового класса( выброшено) "архитектурных" генов, контролирующих межклеточные взаимодействия. Именно эти гены создали новые "верфи" для постройки более сложных "кораблей" жиз-ни. Напомню, что из 100 000 генов человека около 5000 генов за-действованы в эмбриогенезе, т.е. превращении оплодотворенной яйцеклетки в новорожденную особь. Однако только комбинации из 50-ти генов кодируют планы строения и человека, и слона, и рыбы, и мухи ). Эти 50 Архитектурных генов еще не возникли в геноме бактерий. Эти черезвычайно консервативные гены инкрустированы "батареями" в \хромосомы многоклеточных без изменения взаимного расположения. Если один конец набора архитектурных генов формирует органы го-ловного конца, то противоположный сектор генов формирует органы хвостовой части зародыша. Если обычные рядовые гены контролируют пространственную структуру белков, то архитектурные гены кодируют трехмерный проект организма, т.е. внешний вид, количество, разме-ры и карту расположения органов. В зародыше закодирована комбинаторика включения и выключения архитектурных генов во времени. Для неспециалистов возможность кодирования того, что еще не существует в реальном времени, выглядит почти мистикой. Однако никакой мистики в работе архитектурных генов нет. Используя внутренние клеточные "часы" программа построения зародыша синхронизирует клеточные сборки в разных частях зародыша. М.Б. Под архитектурными генами мы понимаем тот блок генов, которые более научно называются гомеотическими (Hox) генами, и мутации которых вызывают рождение уродов и плодов с перепутанным устройством органов? В.Р. Совершенно верно. Мы договорились не забивать изложение лишними терминами, чтобы не утерять нить разговора. Архитектурные гены наиболее эффективно контролируют правильное развитие органов по довольно стандартному сценарию. Очень рано, еще в крошечном зародыше, Hox- гены размечают в миниатюре территории и карту будущих органов. Много позже эти объемы достигают размеров органов взрослой особи. Реализация этого "виртуального" плана идет в три этапа. На стадии закладки конечности или печени появляются сотни -тысячи незрелых стволовых клеток. На втором этапе эти стволо-вые клетки быстро размножаются и заполняют запланированную массу органа с точным подсчетом клеток. Когда число клеток достигает проектной цифры, клеточные деления прекращаются, а клетки под влиянием новых сигналов начинают превращаться в специальные линии. Локализация кле-ток в органе определяет тип специализации клеток. Поэтому в мозге не возникают клетки печени, а половые клетки не образуются в сердце. "Архитектурные" гены не только строят "цеха и заводы", но и заполняют территории точным числом специалистов. Как шутят биологи, в этом государстве клетки приходят и уходят, но территории остаются. М.Б. Могли бы вы на простых примерах объяснить различия в скачках эволюции, когда новизна достигается появлением нового гена и белка или когда новое качество жизни формируется новым набором клеток? В.Р. Именно использование клетки в качество строительного модуля позволило эволюции подобрать ключи к созданию сетевых био-компьютеров с практически бесконечными возможностями. Сетевая организация имунной системы позволяет предусмотреть создание молекулярных устройств для улавливания миллиардов чужих молекул. Сеть нервных клеток мозга человека из ста триллионов участников способна воспринимать любую информацию, порступающую из органов чувств в любой комбинации. На примере эволюции мозга и имунной системы млекопитающих видно, как быстро и эффективно эволюция нащупала новый "сетевой" принцип для улавливания "иголки в стоге сена", т.е менее процента новизны, который организму необходиму мгновенно распознать среди 99 процентов рутины ( причем среди огромных массивов информации, будь то образ врага или чужеродные молекулы на поверхности микроба). Любая информационная сеть фильтрует новую информацию в сопоставлении с уже известным. М.Б. По-видимому, эволюция видов на путях войны, новых "клыков и зубов", начала пробуксовывать уже в мезозое, поскольку даже самое мощное оружие не спасало гигантов того времени от эпидемий вирусов и бактерий. Эволюция пошла по пути форсированного развития органов чувств, мощной имунной системы и на расширение коммуникационных контактов многоклеточных с окружающей средой. Знать и видеть, чтобы предотвращать, а не сражаться - стало новым лозунгом, когда на горизонте появился в четверичном периоде прообраз человека. Имеются ли факторы, предопределяющие появление человека в эволюции млекопитающих? В.Р. Хотя многоклеточное устройство вроде бы гарантировало всем видам биологические предпосылки долголетия за счет постоянной замены устаревших клеток новыми, эти биологические потенции большинства видов к долголетию не могли реализоваться из-за болезней, некачественной и нерегулярной пищи, а чаще всего из-за элементарного незнания ситуаций и неправильных решений. Эволюционная теория в современной перспективе в отличие от Дарвина делает акцент не на "информационные войны" между видами, а на симбиоз, взаимовыгодную кооперацию "без кровопролитий". Конкуренция и войны - удел информационно бедной среды, когда плохо организованные биоценозы испытывают проблемы с источниками пищи и условиями для размножения. Чем более информационно богата и развита биосфера, тем больше полезной кооперации возникает между всеми участниками биологических цепей и сетей. Война все больше уступает место организованным формам устойчивой кооперации и взаимозависимости. В 1999 году профессоры Джон Смит, Эрнст Мейер и Джордж Вильямс были награждены престижной премией Крэфорда за открытие законов стабильной коалиции видов в информационно богатых биосферах, когда потоки функциональной и генетической информации буквально создают "режим мирного сосуществования". Здесь достаточно упомянуть устойчивые биоценозы Гавайских островов и других островов-заповедников в океане, которые подобно "ангийскому клубу" недоступны чу-жестранцам. Слияние биоинформатики и биосферы с техносферой также начинает эпоху остановки биологических войн в истории эволюции. М.Б. Означает ли это, что с появлением новых информационных реалий: все более совершенных компьютерных технологий, все более емких глобальных информационных сетей - движется и человечество к концу эпохи войн, эпохи национальных, государственных и военных противостояний? В.Р. Пока на мощных компьютерах с использованием теории игр моделировались и просчитывались простые ситуации типа синергизм/антагонизм двух видов бактерий, стая хищников/жертва, целостное поведение биоценозов. Современная экономика, политика, парадоксы жизненных интересов общества слишком сложны и запутаны, во всяком случае эти терабайтные ситуации пока еще не по зубам современным машинам. Хотя отдельные задачи из этих областей разумеется, все чаще прорабатываются на больших компьютерах ( типа IBM Blue, обыгравшей в шахматы Г. Каспарова). М.Б. Эволюция многоклеточных привела к созданию организмов, устроенных по принципу конфедерации клеток. Функцию многих организмов можно объяснить как сумму функций специализирвоанных кле-ток. По этому принципу мы можем понять работу сердца, мышц, печени, кишечника. Но такой подход не годится, когда мы обращаемся к рассмотрению человеческого мозга. Здесь происходит метаморфоза устройства и программы клеток в новое качество, которое уже не получишь просто путем суммирования. Широко распространено мнение, что никакой сущностной связи между физиологией мозга и феноменом сознания наукой пока не найдено - разве что на самом общем уровне, вроде того, что левое полушарие отвечает за словесно-аналитическое, а правое - за образное мышление. Как вообще можно подступиться к этой проблеме, которую многие считают одной из главных для науки XXI века? В.Р. Историко-эволюционный подход - это одна из возможностей человека "поднять самого себя за волосы" - то есть с помощью средств, ресурсов и возможностей науки, истории, культуры и компьютерной обработки материалов раскопок оценить истоки и пути развития всех специализированных машин мозга - в обход всякой мифологии и догм. Тут необходимо помнить, что эволюция мозга не оставляет "костей" и прямых улик. За короткий исторический период мозг прямоходящих обезьян подвергся кардинальной реконструкции, о чем приходится судить не по "черепкам" новых способностей, зародышу "личности", а лишь по динамике внутреннего переустройства костей черепа. Развитие мозга связанго в первую очередь с органами чувств и необходимостью адекватно и полно манипулировать с зрительной, слуховой информацией. С этой информациецй мозг обращается частично произвольно, частично - в автоматическом режиме. Если освободившиеся руки человека потребовали орудий труда и ору-дий защиты, то главным орудием мозга стало знание, экспертиза, опыт, которые по крупицам приобретались в ходе многочисленных проб и ошибок. Подобно драге золотоискателя, мозг просеивает горы информации, чтобы заполучить крупицы знаний. Вся информация от органов чувств поступает в нейронные сети мозга на универсальном языке электрических разрядов с частотой тысячной секунды. Быстродействие электрических каналов связи вполне достаточно для передачи в мозг любой важной информации. Электрические коды линейно упорядочивают потоки информации от разных органов чувств, интегрируют разнородную информацию образами (враг, жертва, пища, чужак и т.п.) Этот вид линейного кодирования требует много ячеек памяти для улавливания новизны на фоне уже известного. Каждый нейрон на-шего мозга имеет множество отростков, каждый отросток контактирует с другим отростком соседнего нейрона. Получается ультраплотная сеть нейронов, позволяющая создавать бесконечные комбинации работающих "ансамблей" нейронов. Вторая особенность нейронов - в их отростках локализованы молекулярные машины памяти, которые перекодируют электрические сигналы в линейные параллельные ряды белковых молекул (файлы молекулярной долгосрочной памяти ). Молекулы памяти не синтезируются, а просто переупаковываются по мембране без затраты энергии. Поэтому энергетические расходы мозга сопоставимы с лампочкой на 25-30 Ватт. Последовательность электрических импульсов перекодируется в нанотексты линейных рядов молекул с плотностью расположения соседних молекул в миллиардную долю метра. "Электронно-ионный" компьютер состыкован с "молекулярным", который "электрические тексты" переписывает на "жесткий диск" па-раллельными рядами молекул. Оба компьютера работают в интерактивном режиме, т.е. любая информация существует либо в реальном времени ( оперативной памяти) либо хранится в долгосрочной памяти в отростках нейронов (синапсах). Огромные массивы негенетической внешней информации упакованы серийными рядами молекул белков. Мозг, усваивая новизну, расширяет объем памяти (экспертизу). Устройство мышц руки выдающегося скрипача или теннисиста мало отличается от мышц руки обычного человека. Однако в головном мозге музыканта или спортсмена работает уникальная программа из многих тысяч нейронов, синхронно и тонко управляющая работой двадцати мышц-сгибателей и такого же количества мышц-разгибателей руки. Подчиняясь таким программам, многие соматические клетки могут достигать в работе удивительного совершенства. Например, мускулатура нашего выдающегося штангиста Павла Власова была натренирована синхронно сокращаться в режиме тысячных секунд. В результате высочайшей производительности мышц ему удавалось поднимать вес, который намного превышал вес его собственного тела. Пример Власова и других выдающихся спортсменов показывает, что возможности человеческих мышц реализованы всего на 10-15%. Новые рекорды и прорывы будут осуществлены новыми программами управления, созданными нервной системой в слепом эволюционном поиске. Спорт остает-ся механизмом эволюции, механизмом отбора наилучших решений, которые интересны всему обществу. Специальные программы мозга позволяют человеку преодолевать боль, не отвечать ожоговой реакцией кожи на высокую температуру, эффективно противостоять холоду или невесомости. Следует помнить, что разница в геноме между Homo Sapiens и обезьяной составляет всего три процента ( кстати, еще Ницше пи-сал:"Я ничему не удивляюсь в человеке после того, как узнал, что половина его генов происходит из червя"; а последние данные пока-зывают, что эта гомология генов между исследованным видом червей и Homo Sapiens еще выше - почти 75 процентов ). Только новое устройство мозга дает нашему виду билет в другие реальности. И мышцы и органы чувств у обезьяны развиты лучше, чем у человека. Однако обезьяна значительно хуже умеет пользоваться своими органами, поскольку хуже извлекает суть и плохо обучается. Известно, что мозг человека на 80 процентов загружен зри-тельной информацией. Взаимодействие квантов света с фо-торецепторами (палочками и коробочками) сетчатки по принципу фотоэлемента дает на выходе электрические сигналы, частотой и амплитудой которых закодировано изображение. Распознавание "старых" и "новых" образов, разумеется, не происходит автоматически на сетчатке, и клетки самого глаза его не обеспечивают - они для этого слишком примитивно устроены. Поэтому глаз работает как современный электронный фотоаппарат или телекамера, передавая информацию "по кабелю" в первую "студию" - таламус (зрительный центр). В начале 70-х годов ХХ века многим молекулярным биологам казалось, что расшифровка ДНК и законов генетического кода дает ключи к раскрытию алгоритма мозга как компьютера.Важно было грамотно сформулировать задачу и выбрать только одну машину мозга, чтобы расшифровать устройство и программу. В 1972 году две главных знаменитости в молекулярной биологии - Фрэнсис Крик и Сидней Бреннер -пригласили работать в Кембридж "молодого гения" - Дэвида Марра. Этот молодой ученый сумел убедить лучших молекулярных генетиков, эмбриологов, физиологов и эволюционистов, что первым шагом на пути к тайнам мозга должны стать исследования, проясняющие механизмы зрения. Под влиянием Марра была создана первая международная программа, в которой было задействовано 10 нобелевских лауреатов. К сожалению, это замечательное начинание через несколько лет осталось без лидера: Марр погиб в расцвете лет в 1980 году. Однако симпозиумы, посвященные его памяти, продолжаются и ныне. Марр, позднее Фрэнсис Крик предположили, что изображение с сетчатки глаза снимается и передается в таламус не как целая картинка, а как мозаика "пикселей" (минифрагментов) изображения. Молекулярные биологи ухватились за эту идею, потому что "пиксель" сетчатки выглядел похожим на один "ген" зрения. Комбинацией "пикселей" можно было бы объяснить передачу любого изображения от сет-чатки в мозг. Крик пытался выяснить материальную подоплеку одного такого зрительного "пикселя" на "экране" таламуса и коры. Однако уровень его методики оказался недостаточным, чтобы получить однозначный ответ на этот вопрос. Через два года после Крика эта задача была блестяще решена Гарритом Стенли и его коллегами в Калифорнийском университете (Беркли, США). Ответ оказался неожиданным. Ученые пометили 177 нейронов таламуса бодрствующей кошки микроэлектродами для записи электрических импульсов на таламусе при передаче изображения от сетчатки и при закрытых глазах животного. Профиль электрической активности каждого из 177 нейронов таламуса естественным образом менялся в зависимости от картинки на сетчатке то есть от того, что в данный момент видела кошка. Декодировка электрических сигналов проводилась компьютером по ранее составленной программе (одни сигналы кодируют контурную линию предмета, другие - цвет, третьи - глубину и текстуру изображения). Когда перекодированную информацию от всех нейронов суммировали и вывели на монитор, экспериментаторы увидели немного размытое изображение предметов на сетчатке глаза кошки! Этот эксперимент прямо подтвердил линейный перенос зрительной информации от клеток сетчатки к клеткам таламуса как бы с помощью многожильного кабеля, который содержит около 150 000 нейронов на 1 квадратный мм. Новорожденный ребенок имеет сформированную нервную сеть клеток в таламусе и после рождения немедленно учится ею пользовать-ся. У хорьков короткий внутриутробный период развития оставляет новорожденных с недоразвитой нервной сетью таламуса, зрительной и слуховой коры. Таламус является главным диспетчером, куда первично приходит и интегрируется зрительная и слуховая информация. Если у новорожденных хорьков перерезать нервы, соединяющие таламус с слуховой корой, возникают удивительные метаморфозы. Зрительные нервы от таламуса первыми проникают в слуховую кору и реорганизуют устройство нервной сети под прием зрительной информации. Такие животные с перестроенным мозгом воспринимают зриительную информацию одновременно зрительной и слуховой корой больших полушарий. Эти замечательные опыты показали, что гены внутриутробного развития намечают лишь общие контуры устройства мозга, число клеток в разных отделах мозга. Однако главные "дирижеры" сборки разных функциональных сетей для зрения, слуха, обоняния - сигналы от органов чувств, то есть из внешнего мира. Огромная пластичность устройства мозга новорожденных детей позволяет маневрировать проектом окончательного устройства мозга в разных внешних условиях ( иметь много разных машин для разнообразных функций, или меньше машин, но с мощной программой ). Если мы вспомним, что один воскресный выпуск солидной западной газеты сегодня содержит больше информации, чем получал средний горожанин ХVIII века за всю жизнь, мы лучше почувствуем, где мы с вами сейчас находимся. Стратегия будущего существенно зависит от того, каким образом мозг человека в обществе будет использоваться нынешним и следующим поколенями. В условиях переизбытка всяческой информации мозг многих людей и у нас, и на Западе, прозябает в болоте невежества и недоразвития. Обществу вредят не новые знания, а невежество в отношении их использования. Люди плохо относятся к тому, что не хотят или не в состоянии понять. Прино-равливаться в рамках привычной веры (чаще суеверий) проще, чем воевать с инстинктом предубеждения. Знания добавляют взрослому человеку независимости от диктата потребностей и круглосуточного потребления. Знания делают нас свободными от наших устройств и древних генов, если своевременно действуют на развивающийся мозг и включают гены творчества. Только знание, а не суррогат, является силой, развивающей мозг ребенка. Информация не влияет на устройство и функцию органов потребления и размножения. В этом плане у нас мало что изменилось с эпохи палеолита. Лишь новые возможности мозга открывают человеку новые пути и перспективы. М.Б. Время от времени в СМИ появляются сообщения о компь-ютерных средствах борьбы с частичной или полной утратой зрения и слуха, об автоматических электронных устройствах, позволяющих парализованным людям общаться с окружающими и даже частично возвращаться к полезной деятельности. Какие показательные и достоверные примеры из этой области Вы могли бы привести? В.Р. Я, несколько отклоняясь от вопроса, хочу сказать, что вообще - природные "ошибки" в устройстве и программах мозга дают очень много для понимания его нормальной работы. Некоторые репортажи людей из "серой зоны" - между жизнью и смертью - открывают нам новые аспекты взаимодействия духа и тела, сознания, разума и мозга. Порой такие репортажи с реанимационной койки сообщают нам больше, чем доказательные опыты. Какой сенсацией была книга Жана Доменика Боби (Bauby) "Скафандр-бабочка", ставшая в 1997 году мировым бестселлером. Этот преуспевающий писатель-журналист (редактор французского журнала Elle ) в 1995 году перенес тяжелейший инсульт, парализовавший все его мышцы. Работоспособной осталась одна мышца, поднимавшая левая веко. Этим левым веком он научился "разговаривать" с сиделкой, которой продиктовал роман. В начале книги он описывает первые часы и дни его "души-бабочки", неожиданно выпорхнувшей из парализованного тела и с ужасом наблюдавшей со стороны консилиумы врачей, разговоры жены и детей над его собственным, но уже чужим телом. Главная мысль этого репортажа заключалась в том, что все рутинные программы "внутренней жизни" личности оказались неповрежденными. Более того, они как бы продолжались и саморазвивались в новой обстановке, при полной разъединенности с телом. Многие ученые пытались прокомментировать этот роман, однако их рассуждения относились все же к области обычной, здоровой жизни, а не к особому состоянию, вызванному тяжелейшей болезнью. Можно лишь предположить, что высокоразвитая "внутренняя реальность" мозга теряет жесткую зависимость от материальной части машины, каким-то образом автономизируется от факторов, контролирующих устройство. При этом неисследованность феномена вовсе не открывает дорогу мистике. Уровень медицинской помощи пациентам после тяжелого паралича значительно возрос после того, как началось использование микроэлектродов, которые от мышц пальца или прямо от головного мозга управляют курсором компьютера. Несколько недель пациент учится "усилием мысли" или с помощью микродвижений пальца перемещать курсор по экрану, затем осваивает технологию печтания текстов и общения в интерактивном режиме. Натренированные пациенты способны напечатать страницу текста за несколько минут. Эти тренировки поврежденного мозга с помощью компьютера стимулируют регенерацию и восстановление утраченных навыков. Для лечения наследственной слепоты компании создают так называемые "силиконовые протезы" сетчатки, которые восстанавливают передачу изображения от сетчаки в мозг с помощью вживленных микропроцессоров, которые вместо утраченных светочувствительных клеток ( палочек и колбочек) передают электрические импульсы в зрительную кору. Такие "протезы" мо-гут быть выполнены в виде очков или головного прибора. М.Б. С одной стороны - языки генома, химических сигналов в клетках, электрических сигналов в мозге. С другой - язык челове-ческого общения, язык нашего сознания. И в том и в другом случае мы имеем дело с продуктом эволюции. Обозначение столь по-разному материализованных феноменов общим словом "язык" - имеет ли, с точки зрения нашего "историко-информационного" подхода достаточные основания? В.Р. Внешних аналогий много. Язык ДНК и язык человека - ли-нейные дискретные потоки сообщений. Пространственные коды потребовали бы огромных объемов памяти - и соответственного роста объемов мозга и нервных клеток. "Смысл" текстов ДНК реализуется в клетке трехмерными белковыми ансамблями - машинами клеточных функций. Язык человека также имеет "многомерную" оболочку смысла вокруг линейной фразы. Материальная конструкция мысли - это всегда работа трехмерных ансамблей нейронов. Исходная фраза-это лишь ключ, который включает компьютер. Эволюция принимает форму обучения через лингвистические структуры и технологии речи и языка. Одновременно время и случай подгоняют биологические ма-шины языка и речи к главным задачам выживания. Как и в случае (убрано слово) ДНК язык повторяет общие правила эволюции - эволюционируют структуры, но не принципы, соединяющие слово со смыслом, грамматику, синтаксис - с семантикой и лексикой. Эти главные взаимосвязи структур и функций языка генетически предопределены устройством человеческого мозга, его машинами для сборки слов в предложения и предложений - в когерентные тексты. Мозг - это компьютер, собранный из нервных клеток, для обучения. И первые, древние, короткие сигналы речи стали первым "интернетом" для передачи самой важной сути.Речь развивалась как наилучший инструмент передачи "сухого остатка" опыта, "работающего" на всех. Мы понимаем русский потому, что развили автомат-переводчик, который, подобно кодовому замку, умеет расшифровывать линейный порядок знаков. Алгоритм, упаковывающий смысл в новый набор слов, не найден. В фразе из 10 слов допустимо 3 миллиона 628 тысяч комбинаций. Однако лишь одна комбинация является грамматической, несущей полную информацию. Вряд ли универсальный алгоритм понимания речи вообще существует, поскольку ключи к замку эволюция подгоняла вслепую. Выдающийся современный лингвист Наум Хомский доказал, что универсальная грамматика и синтаксис являются врожденным биологическим свойством мозга. Как клетки имеют машины синтеза белка, так ансамбли нейронов автоматически умеют превращать текст в смысл. Использование языка обусловлено автоматикой и совершенством машин мозга, манипулирующих словами-символами. И наше умение всем этим оперировать - есть часть нашей эволюции, такая же как и наша способность разспознавать образы или соединять вместе информацию от разных органов чувств. Как мы без обучения способны пользоваться нашими половыми клетками для создания биологического будущего, так органы и машины речи умеют автоматически соединять структуру предложений со смыслом. Этому не выучиваются. Изучены наследственные болезни детей, при которых биологические машины продуцирования и понимания устной и письменной речи повреждаются. Законы грамматики, синтаксиса, коды смысла столь же биологически объективны и универсальны, как язык и правила генетического кода. Способность мозговой ткани превращать молекулы в нематериальное качество - смысл - резко уменьшила зависимость человеческого су-ществования от диктата сиюминутных ситуаций. М.Б. По-видимому, компьютерный анализ закономерностей грамматики и синтаксиса, семантики языка поможет не только глубже понять двуединство программ и устройств мозга, но и улучшить диалог человека с компьютером. Быть может, именно компьютеры, способные путем визуализации изменять наши привычные методы анализа данных, позволят вывести некие наиболее общие закономерности жизни и эволюции: подобные тем, которые найдены в физике для взаимодействия материи, энергии, поля? В.Р. Я думаю, с попытками объяснять сложное простым нужно быть предельно осторожным. Этот научный прием выходит из моды. Жизнь - это вертикальная и горизонтальная иерархия переплетенных информационных сетей, где все этажи и все виды "оборудования" взаимосвязаны. Только в линейных системах существуют простые зависимости типа причина-эффект. Наука должна научить человека выживать в сложных ситуациях без упрощенных объяснений. Компьютеры призваны помочь увидеть то, что остается недоступно нашему левому полушарию, оперирующему абстрактно-логической ин-формацией. Необходимо только подчеркнуть,что научная визуализация не имеет ничего общего с бытовым "увидеть". Значит, человеку пот-ребуется четвертый язык ( после языка ДНК, языка межклеточных со-общений и языка внешнего общения, человеческой речи) - язык компьютерных образов, на который будут "переводиться" данные для представления их в правом полушарии нашего мозга, которое умеет манипулировать гигантскими массивами зрительной информации. Этот новый язык "умозрения" не только расширит горизонты понимания и восприятия, но и позволит лучше понять границы возможного в работе и устройстве мозга. Быть может, где-то здесь и концентрируются сейчас новые силы природы, направляющие "ковчег" жизни по новым маршрутам. М.Б. Мне кажется, настает время подводить итоги нашей беседы. Давайте вернемся к первому вопросу: какой новый ПРОЕКТ БУДУ-ЩЕГО начинает определяться? Отменяет ли новая ситуация: соединение био- и техносферы - старые "правила игры", действовавшие на прежних эволюционных стадиях? Что наиболее важное пришло в мир с новыми информационными сетями? Что сегодня в большей степени направляет эволюцию: физические факторы планеты или созданная человеком информационная среда? В.Р. Первые этапы эволюции видов на Земле - назовем их "дар-виновской эволюцией" - происходили как отчаянная борьба по схеме "быть или не быть" под солнцем сегодня, сейчас. Любые биологические войны, как и "прыжки" в новизну укладываются в алгоритм: все средства хороши, чтобы вырвать свой шанс, зацепиться за настоящее, отбить пространство и время на самореализацию. Однако режим войны неэффективен энергетически и информационно. Эволюционные войны - это топтание на месте. Появление нового качества всегда требует прекращения войн и перехода к сотрудничеству. Режим войны и смертельной конкуренции уничтожает связь настоящего с прошлым и с будущим. В "дарвиновской эволюции" цена прожитой жизни - ноль, какой-либо смысл возникает только в эволюционной перспективе (невольно вспоминаешь Максимилиана Волошина: "Справедливость - это таблица умножения убитых"). Однако с появлением человеческой цивилизации и культуры ситуация преображается. В информационно богатой среде человек и другие виды перестают быть анонимным строительным материалом. Информация формирует личность и новые ценности существования. Силы творчества нейтрализуют инстинкты потребления. Теперь (убрано слово) жизнь каждого человека получают значение и смысл, который не сводится к выживанию любыми путями. Чем более богаты и разнообразны цивилизация и культура, тем выше цена жизни. Новая организация жизни гарантирует права каждого на жизнь и будущее. Жизнь, личностные ценности, все сильнее зависят от сообщества и правил игры в сообществе. Силы эволюции строят "духовный ковчег" личности над древним биологическим каркасом человека. Сегодня уже появляются проекты строительства в космосе не путем завоза строительных материалов, скажем, с земли, а путем засылки программ, которые реализуют план из подсобного местного материала. Информатика учит, что любые молекулы, любой вид неживой материи могут быть превращены в носителя информации. Если элементарные частицы способны хранить не только энергию, но и информацию, то Вселенная является гигантским компьютером. Физика обречена понять программы элементарных частиц, взаимодействие информации и энергии на корпускулярном уровне Виртуальные реальности сетевых компьютеров становятся главной средой проектирования, испытания и отбора нового оружия, моделирования мини-войн, отработки критических ситуаций в космосе, экономике, политике, биржевых играх. Виртуальные испытания безотходны и экономичны - ошибки и неправильные расчеты не сопровождаются гибелью людей и загрязнением окружающей среды. Компьютерная революция подняла производительность современной цивилизации. Не секрет, что подготовка квалифицированного специалиста в любой об-ласти знаний занимает 20-30 лет. В прежнее время такие эксперты успевали передать обществу 2-3 процента своих знаний в виде общественно полезного продукта. 98 процентов информации в каждом поколении пропадало с биологической смертью экспертов. Этому сейчас приходит конец, поскольку индивидуальные компьютерные оболочки сохраняют подобно библиотеке все наработки, которые далее могут быть востребованы. Решение этой проблемы с помощью компьютер-ных сетей поможет сделать более осмысленной и полезной деятельность ученых и творческих людей. Важной нерешенной проблемой остается эффективное использование знаний отдельными личностями, лабораториями и корпорациями. Известно, что только 2 из 10 патентов любой крупной корпорации внедряются на практике. 80 процентов открытий ждут своей путевки в жизнь. Это происходит из-за "бюрократической" пробуксовки, человеческих лимитов восприятия новой информации и невозможности во - время принять квалифицированное решение. Ныне создаются специ-альные команды людей и компьютеров, которые подготавливают материалы для принятия решений высшему руководству корпораций, министерств и т.п. Подобная компьютеризация деятельности высших долж-ностных лиц должна ускорить научный прогресс и эволюцию знаний. Опережающими темпами развиваются компьютерные технологии, создающие персональные многоцелевые информационные оболочки. Большую популярность получили переносные мини-компьютеры, призванные создавать вокруг владельца своего рода приватную информационную оболочку, своевременно предупреждать и даже защищать от нежела-тельных факторов ( например, медицинский электронный детектор ошибок постоянно контролирует деятельность главных органов человека, ведет мониторинг факторов риска). За такую модную "информационную одежду" современные люди готовы платить как за собственную охраняемую территорию. Подобные оболочки сегодня помогают человеку выделить и ограничить пространство его личности, обеспечивают его privacy. Эти компьютерные системы используются не столько для повышения производительности труда, сколько формируют "ин-формационную среду обитания" личности. Поэтому они получили название "экзистенциальных компьютеров" - они соединяют человека с окружающим миром не через производство а на уровне культурных и моральных ценностей. Современность требует от человека множества принципиально новых, беспрецедентных решений. Новые компьютерные технологии и разработки напарвлены прежде всего на то, чтобы создать для появления таких решений благоприятную среду, на максимальное раскрытие талантов и творческих возможностей человека в информационно богатой обстановке. Нетрудно видеть, что все расширяющийся диалог человека и компьютера во имя новых горизонтов знания, создает новые модусы и человеческой мысли, и человеческих поступков, мобилизует заложенные в человеческих генах и пока еще не "разбужен-ные" творческие потенции. Не исключено, что о скрытых прежде возможностях нашего генома мы узнаем в XXI веке больше, чем за всю историю человечества. Но на этой фразе следует заканчивать наш разговор - ибо самой слабой стороной науки остаются прогнозы.