Текст книги "Теории всего на свете"

Всё таково, потому что так сложилось

П. З. Майерс

Адъюнкт-профессор биологии Миннесотского университета в Моррисе; автор книги Atheist Voices of Minnesota:

An Anthology of Personal Stories («Голоса миннесотских атеистов: антология личных историй»)

Никто не станет отрицать, что центральной идеей современной биологии является идея эволюции. Но я – жертва американской системы государственного образования и в течение 12 школьных лет не слышал от учителей ни единого упоминания о пресловутом слове на букву Э. Мы резали кошек, заучивали кучу таксономических единиц, отрыгивали крошечные элементарные клочки биохимии на экзаменах, но нам никто не давал общей картины, в которую все это логично встраивается. И сейчас я так пекусь о научном образовании во многом именно потому, что сам получил столь скверное.

Когда я попал в колледж, ситуация улучшилась ненамного. Там-то эволюция была принята в полной мере и повсюду, но настоящего введения в предмет, которое ликвидировало бы пробелы в наших знаниях, нам не дали: тони или плыви. Решив не тонуть, я стал искать, так сказать, контекст: всё, что помогло бы мне понять все те факты, которые пытались вбить мне в голову наставники. Я нашел то, что искал, в букинистическом магазине, в книге, которую выбрал, потому что она показалась мне в общем-то не слишком толстой и устрашающей; кроме того, я пролистал ее и обнаружил, что написана она весьма ясным языком, в отличие от тех массивных, нудных и невнятных справочников, которыми нагружали меня в классе. Это была книга Джона Тайлера Боннера «О развитии: биология формы» (On Development: The Biology of Form), и она поистине взорвала мне мозг, навсегда изменив мое сознание, так что теперь я воспринимаю биологию через призму развития.

Перво-наперво эта книга научила меня… нет, не какому-то объяснению, что принесло мне своеобразное облегчение: на занятиях в нас и без того впихивали несметное количество объяснений. В книге Боннера главным оказались вопросы – хорошие вопросы. На некоторые уже имелись ответы, другие же пока оставались без них и висели, словно созревшие плоды на ветке. К примеру, каким образом биологическую форму определяет генетика? Само заглавие книги подводит нас к этому вопросу. Книга Боннера помогает выделить такие вопросы, на которые нужно ответить, чтобы что-то объяснить. Наука – не корпус хранящихся в архиве фактов, а путь, по которому мы идем, чтобы обретать новые знания.

Кроме того, Боннер привел меня и к Д’Арси Вентворту Томпсону с его классическим трудом «О росте и форме» (On Growth and Form), откуда я почерпнул афоризм, ставший моим любимым описанием научного взгляда на мир: «Все таково, потому что так сложилось». Этой фразой Томпсон очень тонко подчеркивает важность процесса и истории для понимания того, почему вещи именно такие, какие они есть. Вы попросту не сможете по-настоящему ухватить научные идеи, если ваш подход сводится к расчленению статичного снимка предмета в его нынешнем состоянии. Нет, следует стремиться к тому, чтобы понять глубинные механизмы, которые породили это состояние, разобраться, каким образом оно возникло. Нетрудно догадаться, что такое понимание необходимо для всех, кто занимается биологией развития, где мы только и делаем, что изучаем процессы изменений, которые происходят в формирующемся и развивающемся эмбрионе. Но я обнаружил, что подобное понимание играет важнейшую роль и в генетике, сравнительной психологии, анатомии, биохимии. И разумеется, оно жизненно необходимо для работы в области эволюционной биологии.

Так что самое фундаментальное объяснение, которым я руководствуюсь, можно назвать способом мышления: чтобы понять, как что-то работает, мы должны прежде всего понять, как оно стало таким.

Идея о возникновении

Дэвид Кристиан

Профессор истории Университета Маккуори (Сидней); автор книги Maps of Time («Карты времени»)

Среди наиболее красивых и глубоких идей, известных мне, выделяется идея о возникновении новых объектов и об особенностях такого возникновения. Увы, пока ее перспективность и универсальность еще недостаточно широко признаны.

При своем возникновении наша Вселенная была сравнительно проста. Несколько сотен миллионов лет в ней не существовало звезд, не было почти никаких атомов сложнее гелия и, конечно, никаких планет, никаких живых организмов, никаких людей, никакой поэзии.

А затем, более 13,7 миллиарда лет назад, все это стало появляться одно за другим. И каждый объект обладал невиданными прежде качествами. Вот оно, творческое созидание в своей наиболее основополагающей – и самой загадочной – форме. Галактики и звезды стали первыми крупными и сложными объектами, со странными новыми свойствами. Звезды превращали атомы водорода в атомы гелия, высвобождая гигантские количества энергии и тем самым образуя раскаленные объекты, которые вскоре усеяли Вселенную. В своей агонии самые крупные звезды создали элементы Периодической системы, а энергия, которую они выбрасывали в холодное космическое пространство вокруг себя, помогала собрать эти элементы в совершенно новые формы вещества с абсолютно новыми свойствами. В итоге постепенно стало возможным появление планет, бактерий, динозавров и нас с вами.

Откуда взялись все эти новые экзотические вещи? Как возникают новые предметы, новые качества? Может быть, они уже присутствовали в тех компонентах, из которых эти новые объекты сложились? Простейшие редукционистские рассуждения, сводящие сложное к простому, подталкивают нас к мысли, что так и должно быть. Но если так, эти свойства чертовски трудно отыскать. Сумеете ли вы найти «водность» в атомах водорода и кислорода, из которых слагаются молекулы воды? Едва ли. Вот почему такое «возникновение» зачастую кажется магическим и таинственным.

На самом деле особой тайны тут нет. Одно из красивейших объяснений возникновения новых сущностей содержится в буддистской сутре «Вопрошания Милинды», сложенной, как полагают, более 10 тысяч лет назад. (Я даю вольный пересказ онлайнового перевода.)

Милинда был великим правителем. Это реальная историческая фигура – греко-бактрийский властитель Менандр, правивший центральноазиатским царством, которое основали военачальники армии Александра Македонского[47]47
  Не совсем понятно, может ли при этом возраст сутры составлять целых 10 тысяч лет. Другие специалисты датируют ее примерно 100 г. до н. э. – Прим. перев.


[Закрыть]. В сутре Милинда встречается с Нагасеной, буддийским мудрецом. Судя по всему, дело происходит на равнинах нынешнего Афганистана. Милинда призвал к себе Нагасену, потому что заинтересовался буддизмом, но при этом недоумевал, отчего Будда, судя по всему, отрицает реальность Я. Для большинства из нас ощущение своего Я – краеугольный камень всей реальности. (Когда Декарт изрек «Я мыслю – следовательно, существую», он, несомненно, имел в виду что-нибудь вроде «Наше Я – единственное, в существовании чего мы твердо уверены».)

Представим себе Милинду, сидящего в своей царской колеснице. За ним тянется огромный шлейф придворных и воинов. И вот он встречается с Нагасеной, которого сопровождает своя свита – буддийские монахи. Они сошлись для грандиозного спора о природе человеческого Я, реальности и творческой способности. Великолепное зрелище.

Милинда просит Нагасену объяснить идею Будды о человеческом Я. Нагасена спрашивает:

– Ваше величество, как вы сюда попали? Милинда отвечает:

– Разумеется, на колеснице, почтеннейший.

– Ваше величество, если бы вы убрали у нее колеса, она по-прежнему оставалась бы колесницей?

– Разумеется, оставалась бы, – с некоторым раздражением говорит Милинда, не понимая, куда клонит собеседник.

– А если вы уберете ее каркас, или стойку для флага, или хомут, или поводья, или кнут, она по-прежнему останется колесницей?

Милинда начинает догадываться, к чему ведет мудрец. Ему приходится признать, что в какой-то момент его колесница перестанет быть колесницей, ибо утратит качество «колесничности» и больше не сможет делать того, что делают колесницы.

Нагасена не может сдержать торжествующей улыбки: Милинде не удается определить, в каком же смысле, собственно, его колесница существует на самом деле. И тут мыслитель выдает решающее умозаключение:

– Ваше величество хорошо говорило о колеснице. То же самое относится и ко мне… Слово, которое меня обозначает, «Нагасена», – это лишь имя. В окончательной реальности личность, носящую это имя, осознать невозможно.

Или, выражаясь по-современному, я и все сложные вещи вокруг меня существуют лишь благодаря тому, что прошли предварительную сборку. «Возникающие» свойства – отнюдь не магические. Они действительно есть и в какой-то момент могут начать постепенно преобразовывать среду, которая их породила. Но они не существуют «внутри» тех кусочков и фрагментов, из которых сделаны. Они возникают благодаря некоему весьма строго определенному расположению этих кусочков и фрагментов. То же самое верно и относительно возникновения новых сущ ностей, таких как «вы» или «я».

Системы отсчета

Димитар А. Сасселов

Профессор астрономии Гарвардского университета, руководитель гарвардского проекта «Происхождение жизни»; автор книги The Life of SuperEarth: How the Hunt for Alien Worlds and Artificial Cells Will Revolutionize Life on Our Planet («Жизнь на Супер-Земле. Как охота на внеземные миры и искусственные клетки революционным образом изменит жизнь на нашей планете»)

Во многих глубоких и изящных объяснениях природных или социальных явлений зачастую не учитывается наблюдатель. А я еще во времена студенческой молодости стремился понять, как работают различные системы отсчета: иными словами, узнать, что это значит – быть наблюдателем.

Понятие системы отсчета является ключевым в физике и астрономии. Например, исследование потоков чаще всего основывается на двух основных допущениях. В рамках одного допущения поток считается просто движущимся через пространство (эйлерова система отсчета), а в рамках другого сама система отсчета движется с потоком, растягиваясь и изгибаясь вместе с ним (лагранжева система отсчета). Уравнения движения в эйлеровой системе координат показались мне интуитивно-очевидными, но я ощутил настоящий восторг, когда осознал: тот же поток можно описать и уравнениями в лагранжевой системе координат.

Вообразим себе поток воды в реке, со всеми ее излучинами и изгибами. Вы расположились на берегу, где-нибудь на живописном холме, и спокойно наблюдаете, как течет вода. В этом вам помогает множество плывущих листьев. Берега реки, детали окружающего ландшафта создают естественную координатную систему, как на географической карте. Вы почти видите мысленным взором сетку фиксированных перекрещивающихся линий – вашу систему координат. Река течет по этой фиксированной карте; вы видите ее изгибы и повороты. Меняющуюся скорость ее течений можно описать благодаря этой фиксированной системе координат, названной в честь Леонарда Эйлера (1707–1783).

Как выясняется, с таким же успехом можно описать наш поток, если вместо того, чтобы в полной безопасности стоять на холме, вы броситесь в воду и устремитесь вниз по течению, наблюдая завихрения упавших в воду листьев вокруг вас. Ваша система координат, названная в честь Жозефа Луи Лагранжа (1736–1813), уже не является фиксированной: теперь вы описываете все движения тел относительно себя (наблюдателя) и относительно друг друга. При этом ваше описание потока в точности совпадет с тем описанием, которое вы делали, находясь на холме, хотя соответствующие математические уравнения и кажутся до неузнаваемости иными.

В юности такой переход из одной системы координат к другой казался мне каким-то чудом. Может быть, в нем нет особенной глубины мысли, но он элегантен и чрезвычайно полезен. Однако это оказалось лишь началом пути, который словно бы вытянул из-под меня все мои прежние системы отсчета. Все началось с наивной картины неподвижной Земли, аристотелевой абсолютной системы отсчета. Вскоре мне пришлось отвергнуть ее, заменив галилеевой, где движение не является абсолютным. Мне очень нравилось плыть с Лагранжем вниз по эйлеровой реке, но тут меня поджидала новая причина для смятения – специальная теория относительности Эйнштейна и попытки понять, как происходит утрата одновременности. А ведь она еще как происходит!

Фундаментальные изменения нашей системы отсчета, особенно той, что определяет наше место в мире, глубиннейшим образом влияют на каждого из нас лично. Мы живем и в процессе жизни обучаемся. А следующее поколение рождается в новом мире, по сути, ничем не связанном со старым.

В науке с этим нетрудно справиться. Но человеческие системы отсчета выходят за рамки математики, физики и астрономии. Знаем ли мы, как успешно переключаться между различными человеческими системами отсчета? Правда ли, что чаще они относительны, «нелагранжевы»? Возможно, нам следует обратиться к научным методам и поискать изящное решение. Или, по крайней мере, изящное объяснение.

Эпигенетика – недостающее звено

Элен Фишер

Биолог-антрополог (Ратгерский университет); автор книги Why Him? Why Her? How to Find and Keep Lasting Love («Почему он? Почему она? Как найти и сохранить любовь»)

Для меня эпигенетика предоставляет наиболее впечатляющее объяснение из всех, что появились в общественных и биологических науках с тех пор, как Дарвин предложил свою теорию естественного отбора. Более 2500 статей, множество научных встреч, Эпигеномный центр в Сан-Диего и другие организации, пятилетняя программа «Эпигеномика», запущенная в 2008 году американскими Национальными институтами здоровья, а также многие иные учреждения, академические форумы и, главное, множество людей – все вращается в этой новой сфере. Эпигенетике дают определения в рамках нескольких различных подходов, но в основе всех этих дефиниций – идея о том, что силы, действующие в окружающей среде, способны влиять на поведение генов, «включая» либо «выключая» их. Я антрополог и не разбираюсь в серьезной генетике, поэтому не стану даже пытаться описать процессы, которые при этом идут, но два основных механизма широко известны. В рамках одного из них метильные группы сцепляются с ДНК, чтобы подавить и заглушить экспрессию генов; в рамках другого ацетильные группы ее активируют и усиливают.

Последствия воздействия эпигенетических механизмов, судя по всему, весьма значительны. Ученые предполагают, что эпигенетические факторы вносят вклад в этиологию многих человеческих недугов и отклонений, от онкологических заболеваний до клинической депрессии и психических расстройств. Влияют они и на поведенческие и культурно-цивилизационные особенности личности.

Возьмем марокканских амазигов (берберов), людей с весьма сходным генетическим профилем, обитающих ныне в трех различных средах: одни кочуют по пустыням, другие возделывают горные склоны, а третьи осели в малых и больших городах вдоль марокканского побережья. В зависимости от места обитания до одной трети их генов экспрессирует особым образом, сообщает исследователь Юсеф Идахдур[48]48
  Y. Idaghdour, J. D. Storey, S. J. Jadallah & G. Gibson, «A Genome-Wide Gene Expression Signature of Environmental Geography in Leuko cytes of Moroccan Amazighs», PLoS Genetics 4(4):e1000052 (2008).


[Закрыть].

Так, у городских жителей «включаются» некоторые гены, отвечающие за дыхательную систему: возможно, предполагает Идахдур, чтобы компенсировать повышенную уязвимость по отношению к астме и бронхиту в этой среде, полной смога. По мнению Идахдура и ряда его коллег, эпигенетические механизмы изменили экспрессию многих генов в этих трех берберских сообществах, тем самым создавая популяционные различия между ними.

Психиатры, психологи, врачи-терапевты с давних пор озабочены проблемой детских переживаний, особенно тем, как этот опыт формирует наши взрослые привычки, воззрения и модели поведения. Однако главное внимание они до последнего времени обращали на то, как мозг интегрирует и вспоминает эти случаи. Эпигенетические исследования выдвигают свое объяснение. Так, крысы-матери, которые проводят больше времени за вылизыванием и прихорашиванием детеныша в течение первой недели после его рождения, могут похвастаться потомством, которое во взрослую пору жизни оказывается лучше приспособленным к окружающей среде. Исследователь Моше Жиф полагает: такая поведенческая адаптация происходит благодаря тому, что в этот критический период запускаются определенные эпигенетические механизмы, включающие более активный вариант гена, который кодирует определенный белок. А затем этот белок, посредством сложных биологических процессов, создает своего рода петлю обратной связи в гиппокампе (находящемся в мозгу), позволяя таким крысам эффективнее справляться со стрессом[49]49
  I. C. G. Weaver et al., «Epigenetic programming by maternal behavior», Nature Neuroscience 7, 847–854 (2004).


[Закрыть].

Эти поведенческие модификации сохраняют стабильность в течение всей взрослой жизни. Однако, как отмечает Жиф, когда в мозг взрослой крысы вводят некоторые химические вещества, призванные изменить эпигенетические процессы и подавить экспрессию соответствующего гена, наши «хорошо приспособленные» крысы начинают пугаться и впадать в тревожное состояние. Когда же вводят вещества, запускающие эпигенетические процессы, которые, напротив, усиливают экспрессию данного гена, опасливые взрослые крысы (те, что в детстве получали мало материнской заботы и ласки) успокаиваются и расслабляются.

Гены несут в себе инструкции. Эпигенетические факторы управляют тем, как эти инструкции выполняются. Как утверждают ученые, по мере нашего взросления и старения подобные эпигенетические процессы продолжают вносить модификации в наше тело, тем самым влияя на то, кем мы являемся. Так, пятидесятилетние близнецы проявляют втрое больше эпигенетических модификаций, нежели близнецы трехлетние, а двойняшки, воспитываемые порознь, показывают больше эпигенетических изменений, чем те, что растут вместе. Эпигенетические исследования доказывают: ни гены, ни среда не предопределяют судьбу заранее – даже у нас с вами.

Это показала, в частности, Шелли Тейлор. Изучая аллель (генетическую вариацию) системы выработки серотонина, она совместно с коллегами продемонстрировала, что симптомы депрессии проявляются лишь тогда, когда экспрессия этого аллеля происходит на фоне определенных условий окружающей среды. Более того, Тейлор утверждает, что люди, выросшие в нестабильных семьях, на протяжении всей жизни более подвержены депрессии, тревожности, онкологическим и сердечно-сосудистым заболеваниям, диабету, ожирению[50]50
  «Early Family Experience Can Reverse the Effects of Genes», UCLA Psychologists Report, ScienceDaily, 2006. http://www.sciencedaily.com/releases/2006/10/061012190132.htm.


[Закрыть]. Что это – эпигенетика в действии? Возможно.

Еще сильнее впечатляет то, что некоторые эпигенетические инструкции передаются от одного поколения к другому – следующему. В наши дни документально подтверждены случаи межпоколенческих эпигенетических модификаций у растений и грибов. Есть предположения, что возможны они и у мышей. Гены подобны фортепианным клавишам; эпигенетические процессы управляют тем, как на этих клавишах будут играть, изменяя мелодию и даже передавая эти изменения грядущим поколениям. А в 2010 году журнал Science опубликовал статью, авторы которой утверждали, что генетические системы теперь следует считать наследуемыми, самоподдерживающимися и обратимыми.

Если эпигенетические механизмы способны не только влиять на наши интеллектуальные и физические возможности, но и передавать эти изменения нашим потомкам, эпигенетика будет иметь широчайшую сферу применения, включающую в себя происхождение, эволюцию и будущее жизни на Земле. Возможно, в ближайшие десятилетия ученые, занимающиеся эпигенетикой, поймут, каким именно образом бесчисленные силы, действующие в окружающей среде, влияют на наше здоровье и продолжительность нашей жизни, а потом отыщут лекарства для многих человеческих заболеваний и расстройств, объяснят тончайшие вариации личностных особенностей человека.

Джон Локк, философ XVII века, был убежден, что человеческий ум – чистый лист, на котором окружение пишет то, из чего сложится личность. С такой же самоуверенностью другие заявляли, что за наше развитие, болезни, образ жизни отвечают в первую очередь гены. Однако специалисты по общественным наукам многие десятилетия никак не могли объяснить механизмы, регулирующие поведенческие вариации между близнецами, среди членов родной семьи, в рамках одной культурно-цивилизационной группы. А биологам никак не удавалось точно определить гене тические причины многих психических расстройств и комплексных заболеваний. Теперь же выявлен принципиальный механизм объяснения подобных сложных явлений.

Эта новая область биологии сулит поистине революционные изменения. Мы обнаружили основополагающий процесс взаимодействия природы и воспитания. И для меня как для антрополога, долгое время пытающегося отыскать гармоничный срединный путь в научной области, безнадежно погрязшей в битве «природа или воспитание?», эпигенетика служит своего рода недостающим звеном.