В невинно звучащем вопросе «Что появилось первым – курица или яйцо?», если его раскрыть, содержится гораздо больше, чем желток. Живые существа изобилуют системами, характеризующимися круговой взаимозависимостью, которые не поддаются развитию по линейным путям.

«ДНК кодирует аминокислоты, которые собираются в белки, но ДНК не может работать изолированно. Для того чтобы ДНК выполняла свою роль инструкции по эксплуатации жизни, необходим целый взаимозависимый мегаполис молекулярных структур и механизмов. А сама ДНК может образоваться только внутри живой клетки. Это приводит к проблеме "курицы и яйца": как один компонент может функционировать или даже появиться на свет без другого». Canceled Science, стp. 150-51

Самовоспроизводящаяся машина фон Неймана

Давайте рассмотрим этот вопрос в контексте общего самовоспроизводящегося механизма. Великий математик Джон фон Нейман в середине XX века разработал модель самовоспроизводящейся машины.

Фон Нейман признавал, что один «общий конструктивный автомат» может сконструировать «любую» машину... при наличии «ленты описания» этой целевой машины.¹

В контексте эволюции сразу же возникают три трудности, связанные с этим предложением:

1. Как могло возникнуть нечто столь сложное, как «общий конструктивный автомат», в результате ненаправленных природных процессов?

2. Откуда взялось огромное количество информации, содержащейся в «ленте описания» (особенно если учесть, что естественные процессы всегда уничтожают информацию с течением времени).

3. Как информация, необходимая для создания конкретного организма или механизма, оказывается в «ленте описания», чтобы в результате получился функциональный результат?

В этих вопросах кроется еще один парадокс «курицы и яйца»: что появилось раньше – конструктивный автомат или инструкция («лента описания»), необходимая автомату для самовоспроизведения? Сам автомат – не простой механизм, «лента описания» еще сложнее. Фон Нейман считал, что для сложной самовоспроизводящейся системы, или автомата, такой как живой организм,

«...автомат проще, чем символическое описание его поведения».²

По мнению фон Неймана, «простые» самовоспроизводящиеся системы – это миф, опровергающий любую веру в то, что такие механизмы могут возникать путем ненаправленных небольших шагов.

Например, он считал, что ниже определенного уровня сложность дегенеративна, а самовоспроизводство невозможно.³

Чудо жизни, таким образом, проявляется в том, что размножение вообще происходит – в том, что курица может произвести яйцо, в комплекте с описанием курицы, производящей яйцо, в пределах одной клетки.

Чтобы машина могла воспроизвести себя

Исследователь Роберт Ганге, ссылаясь на работы фон Неймана, пришел к выводу, что для того, чтобы машина могла воспроизвести саму себя, ей, как минимум, «нужно принять около пятнадцати сотен правильных решений, одно за другим без ошибок».⁴ По-другому это можно выразить так: вероятность создания самовоспроизводящейся машины равна одному случаю из 2¹⁵⁰⁰ (или 10⁴⁵²) возможностей. Учитывая, что во всей видимой Вселенной существует всего 10⁸⁰ элементарных частиц, у ненаправленных природных процессов нет абсолютно никаких шансов создать подобный механизм.

Одной из замечательных особенностей живых существ является их способность к самовоспроизведению. По любым меркам, механизмы создания нового существа, а также средства хранения, передачи, считывания и воплощения огромного количества подробной информации, необходимой для успешной репликации, представляют собой сложные и тонко настроенные процессы. Напротив, наш единообразный опыт использования искусственных механизмов, включающих в себя сложные процессы, показывает, что со временем они ломаются.

Я езжу на 12-летнем Бьюике, который был в некотором роде роскошной моделью, когда был новым. Но когда я его купил, ему было уже больше десяти лет, и он прошел около 281 635 км. Он не раз доставлял мне неудобства поломками, что, в общем-то, не так уж неожиданно для автомобиля с таким большим износом.

Смею утверждать, что сложность воспроизведения даже одноклеточного организма, такого как цианобактерия, намного превосходит сложность воспроизведения Бьюика или любого другого искусственного механизма или устройства. И тем не менее такие организмы успешно размножаются на протяжении почти всей биологической истории Земли:

«Цианобактерии имеют обширную ископаемую историю. Самыми древними известными окаменелостями являются цианобактерии из архейских пород западной Австралии, возраст которых составляет 3,5 млрд лет».

Пример Грэнвилла Сьюэлла

Профессор математики Грэнвилл Сьюэлл недавно подытожил проблему самовоспроизводства, представив себе последовательность все более сложных версий классического автомобиля модели Т. В представлении Сьюэлла, репродуктивные модели U и V обладают способностью, в отличие от моего «Бьюика», производить предыдущую версию. Модель V может производить модели U, которые могут производить модели T, каждая из которых, как и старый «Бьюик», будет работать только до тех пор, пока энтропия не возьмет верх. Профессор Сьюэлл убедительно указывает на невозможность достижения непрерывной саморепликации таким способом.

«Вид Model V вымрет через два поколения, потому что их дети будут Model U, а внуки – бесплодными Model T. Итак, вернемся к работе, и каждый раз, когда мы добавляем технологии в эту машину, чтобы приблизить ее к цели воспроизводства, мы только сдвигаем столбы, потому что теперь у нас есть более сложная машина для воспроизводства. Кажется, что сложность новых моделей будет расти в геометрической прогрессии».

Применение его примера к эволюции ставит в неизбежный тупик предположение о том, что самовоспроизведение возникло из нереплицирующихся предшественников. И как мы уже доказывали на основе математического анализа общего самовоспроизводящегося автомата фон Неймана, минимальная сложность, присущая такому механизму (или организму), не поддается естественному объяснению.

Профессор Барри Макмаллин, анализируя работы фон Неймана, сходным образом воспринимает тупик, который развитие самовоспроизведения ставит перед любой эволюционной парадигмой, – парадокс происхождения (или попытка снести яйцо без курицы):

«Проблема эволюционной привязки: по крайней мере, в рамках фон Неймана U₀ [базовая общая конструктивная машина] уже является очень сложным образованием. Конечно, кажется неправдоподобным, что она может возникнуть спонтанно или случайно. Точно так же в реальной биологии современная (самосогласованная!) генетическая система не могла возникнуть случайно (Cairns-Smith, 1982). Поэтому, похоже, мы должны предположить, что нечто вроде U₀ (или полноценной генетической системы) должно быть продуктом длительного эволюционного процесса. Конечно, проблема с этим – и большая часть результата самого фон Неймана – заключается в том, что, похоже, нечто вроде генетической системы является предварительным условием любого такого эволюционного процесса».⁵

Повышение сложности

Еще одна проблема для любой эволюционной системы самовоспроизведения, очевидная для фон Неймана, заключается в том, что эволюционные процессы не претендуют на то, чтобы «просто» функционировать как статичные самовоспроизводящиеся устройства, а предполагают схему, при которой репродуктивный продукт постепенно усложняется, повышается его информативность и функциональность. Фон Нейман знал из своего анализа клеточных автоматов, что возрастающая сложность – это прямо противоположное тому, чего следовало ожидать от неизбежных накопленных ошибок в процессе».

«Даже самому фон Нейману было хорошо известно, что его система на практике не будет демонстрировать никакого эволюционного роста сложности. Ближайшая причина заключается в том, что в его системе CA [cellular automata] все автоматы любого значительного масштаба чрезвычайно хрупки: то есть их очень легко нарушить даже минимальным возмущением внешней среды... Однако любая серьезная претензия на предметное моделирование реальных биологических организмов неизбежно должна будет столкнуться с их способностью к самообслуживанию и ремонту в условиях постоянного возмущения и обмена с окружающей средой».⁶

Макмаллен добавляет эти мысли о проблемах противопоставленной модели эволюции:

«Эта более глубокая проблема – то, что я называю эволюционным ростом сложности. Точнее, проблема того, как в общем и неограниченном смысле машинам удается создавать другие машины, более «сложные», чем они сами... Почему этот рост сложности является проблемой? Ну, проще говоря, весь наш прагматический опыт в области машин и инженерии указывает в противоположном направлении. В общем, если мы хотим построить машину любой степени сложности, мы используем в ее конструкции еще более сложные механизмы. Хотя это и не является окончательным выводом, он, несомненно, указывает на наличие проблемы».

Вывод, основанный на математическом анализе самовоспроизведения, состоит в том, что вопрос о том, кто появился первым – курица или яйцо, – забегает далеко вперед. Главный вопрос, который следует задать, – как вообще могли появиться на свет «курица» или «яйцо»? Ни один из аспектов теории самовоспроизведения не допускает возможности постепенного развития ни того, ни другого – и все же курица продолжает нести яйцо. Разумный замысел дает ответ на этот парадокс, и, похоже, желток – самое то.