Самоорганизация материи и эволюция биологических макромолекул - Эйген М.
Скачать (прямая ссылка):
Влияние второго эффекта будет превалировать по крайней мере на высших уровнях молекулярной организации, поскольку в сложной системе возможные связи становятся столь многочисленными, что большое число мутаций может привести к общему снижению селективной ценности* это может компенсироваться только появлением таких мутантов, которые способны противостоять изменениям окружающей среды. Термины «хорошо» или «плохо» приобретают смысл, как только отдельные носители информации начинают взаимодействовать друг с другом и тем самым увеличивают или уменьшают свою «ценность».
Эволюцию на молекулярном уровне можно считать некой игрой, в которой разум игрока заменен селективным «инстинктом», призванным содействовать выживанию среди хаотически проявляющихся воздействий внешнего мира. Поэтому мы считаем, что теория игр, созданная Джоном фон Нейманом [126] и ныне ставшая весьма развитой отраслью науки [1.27], является ключом к любому дальнейшему обобщению теории эволюции ’.
1 Специальные математические методы для решения оптимизационных задач, возникающих в молекулярной биологии, были предложены И. Рехенбергом [110]. Рассмотрение общих явлений эволюции с точки зрения теории игр было предложено Р. Левонтином [128], а также Ф. Ворбертоном [129]. М. Кимура [130] и Д. Мак-Кей [131] подчеркивали тот факт, что «информация» может возникнуть из «шума». - -
§ VIII. 5. «Недетерминированная», но «неизбежная»
Тот факт, что «отбор» и «эволюцию» — по аналогии1 с «равновесием» в термодинамике — можно охарактеризовать экстремальными принципами, позволяет физически обосновать и количественно сформулировать дарвиновскую теорию. В такой форме теория Дарвина уже не просто описывает некий исторический путь, но представляет собой выводимый из физики закон, управляющий общими процессами самоорганизации материи. Исследование эволюции высших форм жизни, особенно «разумных» форм регулирования, потребует, однако, введения дополнительных принципов. Таким образом, мы сознательно ограничиваемся здесь областью молекулярной биологии, т. е. процессами самоорганизации на молекулярном уровне.
Тот факт, что мы имеем физическую характеристику концепции «ценности», может модифицировать нашу интерпретацию Дарвина. Среди современных биологов широко распространена точка зрения, состоящая в том, что дарвиновский принцип (выражаясь словами Уоддингто-на [132]) —это всего лишь «либо трюизм, либо тавтология». Гюнтер Стент [133] в своей книге «Наступление золотого века» писал: «Как известно сейчас каждому, выживание наиболее приспособленных — это не более чем тавтология: «выживание выживших», а поэтому определение «неприспособленный» — это не объективно научное, а лишь субъективное суждение о ценности».
Такие утверждения были бы правильны только в том случае, если термин «ценность» — или как бы мы это ни назвали — применялся-бы просто для обозначения результата события, в остальном полностью недетерминированного.. Поэтому важно провести вероятностный анализ концепции «ценности», которая была введена сначала в (детерминистическую) феноменологическую теорию. Такой анализ необходимо провести отдельно для «отбора» (среди данного множества носителей информации) и для эволюции (которая использует процедуру
1 Помимо аналогии, отметим и различия: а) различие между «оптимизацией» и «максимизацией»; б) отсутствие микроскопической обратимости при стационарном состоянии; в) ограниченную применимость полных дифференциалов.
отбора для приближения к оптимальной ценности). Основные идеи вероятностного анализа разобраны в гл. III, и один из полученных там результатов имеет большое значёние для затронутого здесь вопроса. Речь идет о точном воспроизведении (^*=1) множества п различных последовательностей, которые все вырождены по Wi. Вероятностный анализ показывает, что такая система— благодаря своему автокаталитическому поведению — будет всегда (либо с большой вероятностью) сужать свое информационное содержание до одной последовательности, которая, однако, будет представлена растущим числом экземпляров вплоть до достижения избыточности в п копий. Это истинный пример «выживания выживших», ибо не существует способа предсказать, какая именно матрица выживет — физически все они неразличимы; просто происходит флуктуация, которая усиливается вследствие присущего системе механизма воспроизведения. Этот пример представляет собой, однако, нереалистический особый случай, поскольку Q никогда не может быть точно равно единице. Если сохраняется условие полной вырожденное™ и общее равновесие между образованием и распадом, то селективная ценность каждой отдельной последовательности должна стать отрицательной (когда @~i = ?Di, но Qi < 1), и, следовательно, из множества полностью вырожденных носителей информации не может произойти никакого отбора стабильной информации. Устойчивый отбор вида с максимальным значением W{ произойдет в стационарном состоянии только в том случае, если селективные ценности различных носителей информации будут распределены на каком-то интервале значений.
