Ми раді представити вам цей уривок із нової книги інженера Стіва Лауфмана та лікаря Говарда Глікмана «Ваше спроектоване тіло».

В людському тілі, навіть при побіжному погляді, відбувається багато цікавого. Руки, які вдень орудують кувалдою, ввечері можуть грати проникливі фортепіанні сонати. В тріатлоні одне й те саме тіло пливе, їде на велосипеді та біжить – три абсолютно різні види діяльності – у швидкій послідовності та з величезною витривалістю. Той самий організм, який завершив тріатлон, може також піднятися на гору (хоча, можливо, й у інший день).

Наш організм підтримує постійну внутрішню температуру, ефективно регулює рівень води в організмі та зберігає працездатність навіть за неправильного харчування. Коли ми встаємо, наш кров'яний тиск майже миттєво регулюється, щоб забезпечити приплив крові до мозку. Ми знаємо, коли нам потрібна їжа й вода. Навіть із заплющеними очима ми можемо відчувати положення всіх частин тіла й детально коригувати рухи.

Наші очі розрізняють нюанси в дивовижному спектрі кольорів. Ті ж самі очі, які працюють при болісно яскравому світлі, можуть бачити й у майже повній темряві. Як вони перетворюють світло (фотони) на інформацію (електричні імпульси) та як наш мозок перетворює її на зображення?

Наші вуха стикаються з аналогічними проблемами, тільки вони перетворюють звук (хвилі тиску) на електричні сигнали. Окрім того, вони влаштовані таким чином, що наш мозок може формувати тривимірне уявлення про об'єкти, що оточують нас, тільки за звуками, які ці об'єкти видають (або блокують).

Коли ми порізали палець, кров швидко зупиняється, рана затягується й заживає. Коли ми хворіємо, наш організм, як правило, чудово справляється з проблемою й знову одужує.

Хоча наш організм не є ані найшвидшим, ані найбільшим, ані найсильнішим в тваринному світі, він, безсумнівно, найбільш багатофункціональний. Діапазон можливостей людського тіла вражає.

Окрім того, ми можемо створювати нових людей. Кожен, хто пережив народження дитини, знає, що в цьому дивовижному процесі відбувається щось особливе.

Порівняння з людським дизайном

Як слід реагувати на подібні дива?

Кілька років тому я (Стів Лауфманн) переглядав онлайновий дискусійний майданчик, який часто відвідують колеги-архітектори підприємств та систем, і одне повідомлення привернуло мою увагу. Автор зауважив, що створені людиною системні архітектури не можуть зрівнятися з дивовижними архітектурами, які ми бачимо в живих організмах. Цей коментар викликав активну дискусію. Особливо мене зацікавило те, що один з учасників погодився з тим, що ці біологічні системи справді є дивовижними архітектурами, але оскільки вони виникли внаслідок абсолютно випадкових, некерованих дарвінівських процесів, то, на його думку, вони не можуть вважатися архітектурою. Зрештою, архітектори знають, що гарний архітектурний проєкт вимагає кропіткої роботи й ніколи не виникає випадково.

Звісно, архітектура – це проєктування будь-якої системи, зокрема й живої – проявляється в самій системі незалежно від того, хто чи що виконувало архітектурну роботу. І з точки зору системного підходу очевидно, що живим системам доводиться розв'язувати надзвичайно складні завдання, інакше вони не можуть бути живими. Наприклад, багато одноклітинних організмів можуть отримувати кисень з довкілля, але як отримують кисень клітини великого багатоклітинного організму (наприклад, людини), якщо більшість із них не має доступу до зовнішнього середовища?

Для вирішення подібних завдань потрібні складні, багатокомпонентні системи – щоб змусити працювати великий і складний організм. А такі системи виникають тільки тоді, коли є відповідна архітектурна структура, що визначає, як вони поєднуються одна з одною і як працюють разом. В наведеному прикладі наївна архітектура, найімовірніше, не забезпечить доставку необхідного кисню до кожної клітини або припуститься мільйона інших таких помилок, що унеможливлять життя.

Людське тіло, безумовно, є дивом інженерної думки, але що є джерелом цієї думки? Нам говорили, що ми – космічна випадковість, створена безцільними силами природи протягом багатьох століть. Нам також говорили, що ми створені спеціально.

Що це таке? 

Щоб пролити світло на це питання, ми маємо намір детально вивчити людське тіло. Дослідження відбуватиметься з двох різних, взаємодоповнюючих точок зору:

➤ Медична – для розуміння складних й надзвичайно точних функціональних можливостей, динаміки та координації численних взаємопов'язаних систем організму.

➤ Інженерний підхід – для вивчення найтонших інженерних рішень цих систем: механічних, пневматичних, гідравлічних та електричних систем, систем управління, механізмів внутрішньої сигналізації та координації, систем обробки інформації та багато чого іншого.

У своїх спостереженнях й аргументах ми спиратимемося на незаперечні медичні та інженерні знання.

Ми також розглянемо твердження про те, що та чи інша частина людського тіла погано сконструйована. В останні кілька років все частіше висловлюється думка про те, що архітектура людського тіла перебільшена. Згідно з цим твердженням, людське тіло насправді не так вже й добре спроектоване. Навпаки, воно наповнене безліччю помилок та еволюційних глухих кутів, які можна було б очікувати, якби воно виникло внаслідок мільярдів дрібних, випадкових, безцільних мутацій, які відбираються природним добором. Цей аргумент на користь сліпої еволюції відомий як аргумент від поганого задуму. Під час роботи над книгою ми розглянемо кілька прикладів цього аргументу й заглибимося в це питання в одному з розділів, після того як вивчимо безліч повторюваних принципів й закономірностей дизайну людського тіла.

Ми будемо стверджувати, що вишукана архітектура та інженерний дизайн людського тіла виявляють серйозні перешкоди для будь-якого причинного пояснення – перешкоди, які більше не можна ігнорувати. В заключних розділах ми детально викладемо теорію біологічної причинності, засновану на уроках інженерної та системної біології, й порівняємо її із сучасною еволюційною парадигмою.

Суперечливо? Безумовно

Безсумнівно, наша точка зору буде спірною. Вона кидає виклик панівній парадигмі біологічного походження. Але панівні парадигми не завжди є найкращими. Історія науки рясніє домінантними парадигмами, які були повалені, коли нові факти призвели до появи нових теорій.

В таких випадках прихильники домінантних парадигм, як правило, не поступаються своїми позиціями швидко й великодушно. Це, мабуть, головна думка знаменитої праці історика науки Томаса Куна «Структура наукових революцій». Лауреат Нобелівської премії фізик Макс Планк висловив це так: «Нова наукова істина торжествує не тому, що вона переконує своїх опонентів й примушує їх прозріти, а тому, що її опоненти зрештою помирають, і виростає нове покоління, яке з нею знайоме».¹ Або, як часто перефразовують його думку, «Наука просувається вперед по одному похорону за раз».

Це дещо песимістичніше, ніж реальність. Вже є кілька публічних звернень до парадигми дизайну на високому рівні в науковій і ширшій академічній спільноті, а також зростає кількість молодих вчених, які приватно підтримують її, але тримаються в тіні, оскільки перебувають у вразливій точці своєї кар'єри. Однак спостереження Планка здебільшого правильне.

Психолог Джеймс Добсон розповідає історію, що сталася на початку його кар'єри, коли він працював у клініці з пацієнтами, які мали різний рівень відчуженості від реальності. Один із пацієнтів вважав, що він вже давно мертвий. Добсон випробував усі можливі способи, щоб переконати бідолаху, що він насправді живий. Нічого не допомагало. Після довгих роздумів він придумав безвідмовний спосіб. Він запитав: «У мерців іде кров?» Пацієнт обурився: «Звичайно, у мерців кров не тече. Це абсурд». Тоді Добсон дістав голку й вколов палець пацієнта. Дивлячись на краплю крові, що сочиться з його шкіри, пацієнт вигукнув: «Ну, нічого собі... У мерців кров тече».

Кумедна історія, тим більше що вона ілюструє поширену людську слабкість. Коли людина стикається з доказами, які ставлять під сумнів її давні припущення, вона може не відкинути те припущення, від якого найрозумніше відмовитися. Замість цього вона може відмовитися від того, чим найменше дорожить.

Вивчаючи докази, представлені на цих сторінках, ми закликаємо вас: не будьте тією людиною, про яку йдеться. Будьте готові слідувати за доказами, куди б вони не привели.

Розумні рішення 

Питання про походження людини – це, звісно, й питання про походження біології загалом. Органічне життя має подолати безліч складних проблем, як для того, щоб бути живим, так і для того, щоб розмножуватися. Хоча закони фізики та хімії точно налаштовані на виникнення життя, вони не здатні його викликати і, звісно, не мають змоги подбати про це.

І справа ця потребує особливої обережності. Життя залежить від тонкого балансу сил, вивіреного до дрібниць. Як сказав Річард Докінз, «скільки б не було способів бути живим, можна з упевненістю сказати, що способів бути мертвим або, скоріше, неживим набагато більше».² Допуск на похибку для життя невеликий. Але, як ми покажемо, запуск, підтримання та відтворення життя – це надзвичайно важковирішувані проблеми. Як можна стільки всього зробити правильно, знову й знову потрапляючи в межі похибки?

Складні проблеми вимагають геніальних рішень. На щастя для нас, геніальні рішення зустрічаються в біології повсюдно – і ніде так, як у людському організмі.

Практично кожне з геніальних рішень організму включає в себе одну або кілька систем (1), що складаються з різних частин, які (2) працюють разом для досягнення функції, яку жодна з частин не може виконати самостійно, (3) всі вони правильно розташовані, зібрані й інтегровані, мають (4) точно необхідний діапазон можливостей, при цьому (5) працюють в межах жорстких допусків і в стислі терміни. Більшість із нас на власному досвіді знає, що, коли будь-яка з цих систем виходить з ладу, трапляються неприємні речі.

Створення нового покоління ще складніше. Якщо щось іде не так, навіть, здавалося б, найнезначніше – а на ранніх етапах ембріонального розвитку особливо – то в результаті життя просто припиняється. Життя ніколи не існує у вигляді безформного згустку, а завжди існує в архітектурно складній формі. Зрозуміло, життя не існує й у часто плідних фантазіях вчених-матеріалістів. Життя існує в реальному світі, а реальність має властивість впокорювати теорії, які не ґрунтуються на найтонших деталях того, що вимагає життя.

Когерентні взаємозалежні системи – зробити або померти 

Лікарі не можуть нічого вигадувати. У них немає можливості просто спостерігати за тим, який вигляд має життя, й теоретизувати про його поверхневі якості. Вони мають знати, як насправді влаштований організм, як його частини впливають одна на одну й що потрібно робити на практиці, щоб підтримувати все це в робочому стані протягом (хочеться сподіватися) довгого життя.

Лікарі знають, що кожен людський організм має постійно виконувати всі перелічені нижче дії:

– Тіло має дотримуватися правил. Сили фізики та хімії не будуть ігноруватися. Так, наприклад, оскільки хімічна дифузія призведе до смерті, організм має активно (й зазвичай дуже сильно) працювати, щоб протидіяти силі дифузії. Жодних винятків.

– Організм має взяти управління в свої руки. Єдиний спосіб підтримувати окрему рівновагу й тим самим залишатися в живих – це ефективно контролювати кожну з тисяч необхідних кількостей і процесів. Коли в організмі занадто багато або недостатньо солі, організм має усвідомити це й вжити необхідних дій для виправлення ситуації. Відмова означає смерть.

– Організм повинен мати точно такі самі функціональні можливості. Серце й легені мають володіти саме тими можливостями, які необхідні для доставки кисню по всьому організму, причому на рівні, що відповідає широкому діапазону рівнів активності. Кожна кістка й кожен м'яз повинні витримувати саме ті навантаження й вагу, які необхідні, мати саме той розмір, силу й гнучкість, які необхідні для виконання конкретних завдань.

- Організм має бути тонко налаштований. Він має керувати всім цим у дуже жорстких межах. Порушення будь-якого з десятків критично важливих для життя параметрів або тисяч процесів управління може призвести до смерті.

Медична наука, безумовно, може багато чого навчити нас у цьому питанні, але й інженерна теж, оскільки незалежно від того, якій історії походження людського тіла ви віддаєте перевагу, це диво інженерної думки. Тому інженерний підхід має пролити світло на те, як воно влаштоване.

Попри те, що їхні помилки іноді доводиться виявляти довше, ніж помилки лікарів, інженерам також доводиться жити в реальному світі. Інженери проєктують, створюють, розгортають та експлуатують складні системи, які виконують реальну роботу в реальному світі. І ще більше роботи потрібно для того, щоб не допустити відмови цих систем, яка практично гарантовано відбувається в найбільш невідповідний час.

Інженери знають, що для створення працездатних систем потрібне все перераховане нижче:

– Системи складаються з безлічі частин. Ці частини зазвичай спеціалізовані для виконання певних завдань за певних умов. Системи, як правило, складаються з інших систем, утворюючи ієрархію систем – систему систем.

– Системи мають бути цілісними. Частини системи мають бути точно скоординовані. Вони мають бути правильно підігнані одна до одної, мати необхідні інтерфейси та інтеграції для забезпечення функціональної узгодженості. І вони мають бути ретельно організовані в часі для досягнення своєї загальної функції (функцій), що забезпечує узгодженість процесу. Порушення будь-якої з цих умов призведе до того, що система не працюватиме.

– Системи систем зазвичай демонструють складну взаємозалежність. Для функціонування окремих систем або підсистем часто потрібні інші підсистеми, що працюють. В багатьох випадках ці залежності мають двосторонній характер. Наприклад, двигун вашого автомобіля не запуститься без зарядженого акумулятора, але акумулятор не зарядиться, якщо двигун не працюватиме.

Для того щоб домогтися таких результатів, інженерам доводиться проявляти винахідливість, працьовитість й наполегливість, що зазвичай охоплює безліч ітерацій класичного циклу «проектування – створення – випробування». Інженери знають, що системи, які працюють, ніколи не бувають випадковими. Тому якщо хтось стверджує, що цілісна, взаємозалежна система систем (наприклад, людський організм) виникла випадково, йому необхідно підкріпити це детальним інженерним аналізом.