Структура реальности. Наука параллельных вселенных - Дэвид Дойч

Такие молекулы называются репликаторами. В более общем смысле репликатор — это любая сущность, которая побуждает определённые среды её копировать. Не все репликаторы биологические, и не все репликаторы являются молекулами. Самокопирующаяся компьютерная программа (например, компьютерный вирус) — это тоже репликатор. Хорошая шутка — это ещё один репликатор, поскольку она заставляет слушателей пересказать себя другим слушателям. Ричард Докинз придумал термин мем для репликаторов, которые представляют собой человеческие идеи, например, шутки. Однако вся жизнь на Земле основана на репликаторах-молекулах. Они называются генами, а биология — это изучение происхождения, структуры и деятельности генов, а также их влияния на другую материю. В большинстве организмов ген состоит из последовательности небольших молекул (существует четыре различных вида таких молекул), соединённых в цепочку. Названия составляющих молекул (аденин, цитозин, гуанин и тимин) обычно сокращают до A, C, G и T. Сокращённое химическое название цепочки из любого количества таких молекул, расположенных в любом порядке, — ДНК.

Гены по существу являются компьютерными программами, выраженными в виде последовательности символов A, C, G и T на стандартном языке, называемом генетическим кодом, который одинаков, с очень небольшими вариациями, для всей жизни на Земле. (Некоторые вирусы основаны на родственном типе молекул, РНК, тогда как прионы^[31] в некотором смысле — самовоспроизводящиеся белковые молекулы.) Особые структуры внутри клеток каждого организма действуют как компьютеры, исполняя заложенные в этих генах программы. Исполнение заключается в производстве определённых молекул (белков) из более простых молекул (аминокислот) при определённых внешних условиях. Например, последовательность ATG — это команда для включения в создаваемую белковую молекулу аминокислоты метионина.

Обычно ген химически «включается» в определённых клетках тела, а затем даёт этим клеткам команды производить соответствующий белок. Например, гормон инсулин, который отвечает за уровень сахара в крови у позвоночных, является именно таким белком. Производящий его ген присутствует почти в каждой клетке тела, но включается только в строго определённых клетках поджелудочной железы и только тогда, когда это необходимо. На молекулярном уровне это всё, на выполнение чего любой ген способен запрограммировать свой клеточный компьютер: произвести определённый химический продукт. Но гены успешно выполняют свои репликаторные функции, потому что эти химические программы низкого уровня, слой за слоем благодаря сложному управлению и обратной связи, складываются в изощрённые высокоуровневые программы. Ген инсулина и гены, которые включают и отключают его, вместе эквивалентны полной программе регулирования уровня сахара в крови.

Подобным же образом существуют гены, которые содержат особые инструкции о том, как и когда должны быть скопированы они сами и другие гены, а также инструкции для производства следующих организмов того же вида, включая те молекулярные компьютеры, которые вновь выполнят все эти инструкции в следующем поколении. Также существуют инструкции, сообщающие, каким образом весь организм в целом должен реагировать на раздражители, например, когда и как он должен охотиться, есть, спариваться, драться или убегать. И так далее.

Ген способен функционировать как репликатор только в определённых средах. По аналогии с экологической «нишей» (набором сред, в которых организм может выжить и произвести потомство) я буду также использовать термин ниша для набора всех возможных сред, которые данный репликатор заставляет создавать его копии. Ниша гена инсулина включает среды, где ген расположен в клеточном ядре вместе с некоторыми другими генами, а сама клетка должным образом расположена внутри функционирующего организма, причём этот организм находится в естественной среде, подходящей для поддержания его жизни и размножения. Но существуют также и другие среды — например, биотехнологические лаборатории, в которых бактерии генетически изменяют, добавляя им этот ген, — где сходным образом копируется ген инсулина. Такие среды тоже являются частью ниши гена, как и бесконечное множество других возможных сред, весьма отличных от тех, в которых этот ген сформировался.

Не всё, что может быть скопировано, является репликатором. Репликатор побуждает свою среду к тому, чтобы она его скопировала, то есть он вносит причинный вклад в своё собственное копирование. (Моя терминология немного отличается от терминологии Докинза. Он называет репликатором всё, что копируется по любой причине. То, что я называю репликатором, он назвал бы активным репликатором.) Я ещё вернусь к тому, что в общем случае означает «вносить причинный вклад» во что-либо, но здесь я имею в виду, что от присутствия и особой физической формы репликатора зависит, происходит копирование или нет. Другими словами, если репликатор присутствует, то он копируется, но если заменить его почти любым другим объектом, даже довольно похожим, этот объект не будет скопирован. Например, ген инсулина служит причиной лишь одного маленького шага в исключительно сложном процессе своей собственной репликации (этот процесс и есть весь жизненный цикл организма). Однако подавляющее большинство вариаций этого гена не дали бы клеткам команды произвести химический продукт, который смог бы выполнить работу инсулина. Если гены инсулина в клетках отдельного организма заменить лишь немного отличными молекулами, этот организм умрёт (если только в нём не поддерживать жизнь с помощью других средств), а, следовательно, он не оставит потомства, и эти молекулы не будут скопированы. Таким образом, то, произойдёт копирование или нет, исключительно чувствительно к физической форме гена инсулина. От присутствия этого гена в должной форме и должном месте зависит, произойдёт ли процесс копирования, который сделает его репликатором, хотя существует и бесчисленное множество других причин, которые вносят свой вклад в его репликацию.

Наряду с генами в ДНК большинства живых организмов присутствуют случайные последовательности A, C, G и T, иногда называемые мусорными последовательностями. Они также копируются и передаются потомкам данного организма. Однако если такая последовательность замещается почти любой другой последовательностью похожей длины, она всё равно копируется. Таким образом, мы можем сделать вывод, что копирование таких последовательностей не зависит от их конкретной физической формы. В отличие от генов, мусорные последовательности ДНК не являются программами. Если они и выполняют какую-то функцию (так ли это, неизвестно), то эта функция не может заключаться в переносе какой-либо информации. Хотя такая последовательность копируется, она не вносит причинный вклад в своё собственное копирование и, следовательно, не является репликатором.

На самом деле это преувеличение. Всё, что копируется, должно вносить хоть какой-то причинный вклад в это копирование. Мусорные последовательности, например, всё же состоят из ДНК, что позволяет клеточному компьютеру их копировать. Клеточный компьютер не может копировать молекулы, отличные от молекул ДНК. Вряд ли стоит считать что-либо репликатором, если его причинный вклад в свою собственную репликацию мал, хотя, строго говоря, можно ли его так называть — это вопрос степени. Я определю степень адаптации репликатора к данной среде как степень вклада, сделанного репликатором в процесс своей собственной репликации в этой среде. Если репликатор хорошо адаптирован к большинству сред некоторой ниши, мы можем назвать его хорошо адаптированным к этой нише. Мы только что видели, что ген инсулина в высшей степени адаптирован к своей нише. Мусорные ДНК-последовательности имеют пренебрежимо малую степень адаптации по сравнению с геном инсулина или другими настоящими генами, но они гораздо лучше адаптированы к этой нише, чем большинство молекул.