У безневинному запитанні «Що з'явилося першим – курка чи яйце?», якщо його розкрити, міститься набагато більше, ніж жовток. Живі істоти рясніють системами, що характеризуються коловою взаємозалежністю, які не піддаються розвитку лінійними шляхами.

«ДНК кодує амінокислоти, які збираються в білки, але ДНК не може працювати ізольовано. Для того щоб ДНК виконувала свою роль інструкції з експлуатації життя, необхідний цілий взаємозалежний мегаполіс молекулярних структур і механізмів. А сама ДНК може утворитися тільки всередині живої клітини. Це призводить до проблеми "курки та яйця": як один компонент може функціонувати або навіть з'явитися на світ без іншого». Canceled Science, стор. 150-51

Самовідтворювана машина фон Неймана

Давайте розглянемо це питання в контексті загального самовідтворюваного механізму. Великий математик Джон фон Нейман в середині XX століття розробив модель самовідтворюваної машини.

Фон Нейман визнавав, що один «загальний конструктивний автомат» може сконструювати «будь-яку» машину... за наявності «стрічки опису» цієї цільової машини.¹

В контексті еволюції одразу ж виникають три труднощі, пов'язані з цією пропозицією:

1. Як могло виникнути щось настільки складне, як «загальний конструктивний автомат», в результаті ненаправлених природних процесів?

2. Звідки взялася величезна кількість інформації, що міститься в «стрічці опису» (особливо якщо врахувати, що природні процеси завжди знищують інформацію з плином часу).

3. Як інформація, необхідна для створення конкретного організму або механізму, опиняється в «стрічці опису», щоб в результаті вийшов функціональний результат?

В цих запитаннях ховається ще один парадокс «курки та яйця»: що з'явилося раніше – конструктивний автомат чи інструкція («стрічка опису»), необхідна автомату для самовідтворення? Сам автомат – не простий механізм, «стрічка опису» ще складніша. Фон Нейман вважав, що для складної самовідтворюваної системи, або автомата, такої як живий організм,

«...автомат простіший, ніж символічний опис його поведінки».²

На думку фон Неймана, «прості» самовідтворювані системи – це міф, який спростовує будь-яку віру в те, що такі механізми можуть виникати шляхом ненаправлених невеликих кроків.

Наприклад, він вважав, що нижче певного рівня складність дегенеративна, а самовідтворення неможливе.³

Диво життя, таким чином, проявляється в тому, що розмноження взагалі відбувається – в тому, що курка може знести яйце, в комплекті з описом курки, яка виробляє яйце, в межах однієї клітини.

Щоб машина могла відтворити себе

Дослідник Роберт Ганге, посилаючись на роботи фон Неймана, дійшов висновку, що для того, щоб машина могла відтворити саму себе, їй щонайменше «потрібно схвалити приблизно п'ятнадцять сотень правильних рішень, одне за одним без помилок».⁴ По-іншому це можна виразити так: ймовірність створення машини, яка відтворює себе сама, дорівнює одному випадку з 2¹⁵⁰⁰ (або 10⁴⁵²) можливостей. З огляду на те, що в усьому видимому Всесвіті існує всього 10⁸⁰ елементарних частинок, в ненаправлених природних процесів немає абсолютно ніяких шансів створити подібний механізм.

Однією з чудесних особливостей живих істот є їхня здатність до самовідтворення. За будь-якими мірками, механізми створення нової істоти, а також засоби зберігання, передавання, зчитування і втілення величезної кількості докладної інформації, необхідної для успішної реплікації, являють собою складні й тонко налаштовані процеси. Навпаки, наш однаковий досвід використання штучних механізмів, що включають в себе складні процеси, показує, що з часом вони ламаються.

Я їжджу на 12-річному Б'юїку, який був певною мірою розкішною моделлю, коли був новим. Але коли я його купив, йому було вже більше десяти років, і він пройшов близько 281 635 км. Він не раз доставляв мені незручності поломками, що, назагал, не так вже й несподівано для автомобіля з таким великим зносом.

Можу стверджувати, що складність відтворення навіть одноклітинного організму, такого як цианобактерія, набагато перевершує складність відтворення Б'юїка або будь-якого іншого штучного механізму або пристрою. Й тим не менше такі організми успішно розмножуються протягом майже всієї біологічної історії Землі:

«Цианобактерії мають довгу викопну історію. Найдавнішими відомими скам'янілостями є цианобактерії з архейських порід західної Австралії, вік яких становить 3,5 млрд років».

Приклад Гренвілла С’юелла

Професор математики Гренвілл С’юелл нещодавно підсумував проблему самовідтворення, уявивши собі послідовність дедалі складніших версій класичного автомобіля моделі Т. В уяві С’юелла, репродуктивні моделі U і V мають здатність, на відміну від мого «Б'юїка», виробляти попередню версію. Модель V може виробляти моделі U, які можуть виробляти моделі T, кожна з яких, як і старий «Б'юїк», працюватиме тільки доти, доки ентропія не візьме гору. Професор С’юелл переконливо вказує на неможливість досягнення безперервної самореплікації в такий спосіб.

«Вид Model V вимре через два покоління, бо їхні діти будуть Model U, а онуки – безплідними Model T. Отже, повернімося до роботи, і щоразу, коли ми додаємо технології до цієї машини, щоб наблизити її до мети відтворення, ми лише зсуваємо стовпи, бо тепер у нас є складніша машина для відтворення. Здається, що складність нових моделей зростатиме в геометричній прогресії».

Застосування його прикладу до еволюції ставить в неминучий глухий кут припущення про те, що самовідтворення виникло з попередників, що не реплікуються. І як ми вже доводили на основі математичного аналізу загального самовідтворюваного автомата фон Неймана, мінімальна складність, притаманна такому механізму (або організму), не піддається природному поясненню.

Професор Баррі Макмаллін, аналізуючи роботи фон Неймана, подібним чином сприймає глухий кут, який розвиток самовідтворення ставить перед будь-якою еволюційною парадигмою, – парадокс походження (або спроба знести яйце без курки):

«Проблема еволюційної прив'язки: принаймні в рамках фон Неймана U₀ [базова загальна конструктивна машина] вже є дуже складним утворенням. Звісно, здається неправдоподібним, що вона може виникнути спонтанно або випадково. Точно так само в реальній біології сучасна (самозлагоджена!) генетична система не могла виникнути випадково (Cairns-Smith, 1982). Тому, схоже, ми маємо припустити, що щось на кшталт U₀ (або повноцінної генетичної системи) має бути продуктом тривалого еволюційного процесу. Звичайно, проблема з цим – і більша частина результату самого фон Неймана – полягає в тому, що, схоже, щось на зразок генетичної системи є попередньою умовою будь-якого такого еволюційного процесу».⁵

Підвищення складності 

Ще одна проблема для будь-якої еволюційної системи самовідтворення, очевидна для фон Неймана, полягає в тому, що еволюційні процеси не претендують на те, щоб «просто» функціонувати як статичні пристрої, які самовідтворюються, а припускають схему, за якої репродуктивний продукт поступово ускладнюється, підвищується його інформативність і функціональність. Фон Нейман знав зі свого аналізу клітинних автоматів, що зростаюча складність – це прямо протилежне тому, чого слід було очікувати від неминучих накопичених помилок в процесі».

«Навіть самому фон Нейману було добре відомо, що його система на практиці не демонструватиме жодного еволюційного зростання складності. Найближча причина полягає в тому, що в його системі CA [cellular automata] всі автомати будь-якого значного масштабу надзвичайно крихкі: тобто їх дуже легко порушити навіть мінімальним збуренням зовнішнього середовища... Однак будь-яка серйозна претензія на предметне моделювання реальних біологічних організмів неминуче муситиме зіткнутися з їхньою здатністю до самообслуговування та ремонту в умовах постійного збурення й обміну з навколишнім середовищем».⁶

Макмаллен додає ці думки про проблеми протиставленої моделі еволюції:

«Ця глибша проблема – те, що я називаю еволюційним зростанням складності. Точніше, проблема того, як в загальному й необмеженому сенсі машинам вдається створювати інші машини, більш «складні», ніж вони самі... Чому це зростання складності є проблемою? Ну, простіше кажучи, весь наш прагматичний досвід в царині машин та інженерії вказує в протилежному напрямку. Загалом, якщо ми хочемо побудувати машину будь-якого ступеня складності, ми використовуємо в її конструкції ще складніші механізми. Хоча це і не є остаточним висновком, він, безсумнівно, вказує на наявність проблеми».

Висновок, заснований на математичному аналізі самовідтворення, полягає в тому, що запитання про те, хто з'явився першим – курка чи яйце, – забігає далеко вперед. Головне запитання, яке слід поставити, – як взагалі могли з'явитися на світ «курка» або «яйце»? Жоден з аспектів теорії самовідтворення не допускає можливості поступового розвитку ні того, ні іншого – й все ж курка продовжує нести яйце. Розумний задум дає відповідь на цей парадокс, і, схоже, жовток – саме те.