Эволюция эволюции: от генетического наследования до интратехнической репликации т-мемов. Колонка для Компьютерры #102

←
Dmytro Shabanov
→

Отруйений жаб, невдалий досвід у бізнесі та сумніви щодо інноваційних перспектив університетської науки
Еволюція еволюції: від генетичного успадкування до інтратехнічної реплікації т‑мемів
Багатосторонній конфлікт: особини, гени та меми; індивіди та групи; ближчі цілі та віддалені перспективи…

Колонка для Комп’ютерри #101
Колонка для Комп’ютерри #102
Колонка для Комп’ютерри #103

Людина – не статичний центр світу, як він довго вважав, а вісь і вершина еволюції, що набагато прекрасніше.
П’єр Тейяр де Шарден
У цій колонці я спробую систематизувати свої уявлення щодо питання, де, наскільки мені відомо, усталена термінологія та класифікація етапів ще не розроблені. Слова будуть страшними (як у заголовку), але я усіляко постараюся все роз’яснити.
Головна ідея полягає в тому, що всередині еволюціонуючої біосфери перевагу отримують ті гілки дерева життя, які виявляються здатними виробляти необхідні їм пристосування швидше інших, тобто виграють у своїх конкурентів завдяки здатності до швидшої еволюції. Це прискорення забезпечується освоєнням усе нових і нових механізмів успадкування. Деякі з них нам відомі; деякі, можливо, ще ні. Специфіка еволюції нашого виду укладається в загальну картину еволюції еволюції, і при цьому, у повній згоді з Тейяром, ми опиняємося на самому вістрі цього процесу.
Мене переконала ідея Блекмора (описана у позапозапрошлій колонці) розділяти типові меми, як одиниці культурного успадкування, що передаються з однієї голови в іншу, і т‑меми, реплікатори вищого рівня, які використовують інші засоби передачі. Я почав думати, як описати ці реплікатори з точки зору організмів (пам’ятайте решітку на малюнку у позапрошлій колонці) і дійшов висновку, що маємо справу з кількома етапами еволюції та кількома механізмами успадкування. Давайте поясню детальніше.
Ось схема, на якій показані головні шляхи передачі інформації, типові для представників високоорганізованих груп живих істот. Колись я малював щось подібне, але зараз, здається, показав потрібні речі трохи менш заплутано.

Шляхи передачі інформації, що забезпечують біологічну еволюцію. Фенотип+, результат індивідуального розвитку, раз за разом перевіряється на відповідність середовищу.
На схемі показані два покоління (і передача успадкованої інформації до третього). У жовтих прямокутниках – розвиток організмів, показаний фіолетовою стрілкою. Можна сказати, що генотип (сукупність генетичної інформації, тобто інформації, заданої послідовністю мономерів у полімерах нуклеїнових кислот) впливає на формування фенотипу (сукупності ознак організму) під час онтогенезу (індивідуального розвитку). За вашого дозволу я буду писати про «генотип+», «онтогенез+» і «фенотип+», щоб показати, що трактую ці поняття в широкому сенсі. Наприклад, хоча просторову організацію яйцеклітини не є частиною генотипу в вузькому сенсі цього слова, вона все ж відноситься до числа важливих успадкованих (передаваних наступним поколінням) задатків. При суворій трактуванні поняття «онтогенез» його, напевно, не треба включати вироблення умовних рефлексів, а говорячи про фенотип, зазвичай не включають у його склад життєвий досвід. Я ж хочу вживати ці поняття максимально широко.
Як ви зрозуміли, я тут розглядаю поведінкові ознаки як таку ж частину фенотипу+, як і ознаки, пов’язані з морфологією (будовою) чи фізіологією (функціями).
Так, але на фенотип+, звичайно, впливає і середовище. Червоним стрілкою на схемі показано певну дію середовища, на яку фенотип+ реагує закономірним чином, а сірими пунктирними лініями – шум, джерело випадковості. Шум має як зовнішнє для організму, так і внутрішнє походження.
Кожен із показаних шляхів передачі інформації є результатом тривалої попередньої еволюції, наслідком відбору тих чи інших реплікаторів (копійованих, змінених і відбираних структур: автокаталітичних реакцій, генів, організмів…). Механізми управління розвитком у відповідності до успадкованих задатків (фіолетова стрілка) – результат відбору на підвищення стійкості передачі вроджених адаптивних ознак. Чим стійкіше (незважаючи на інформаційний шум) буде відтворюватися норма, відобрана в ряді минулих поколінь, тим більше шансів у організму передати свої успадковані задатки нащадкам.
Коли задача стійкості розвитку вирішена, шанси організму на виживання і розмноження можуть підвищити його здатність пристосовуватись до конкретних умов середовища, у яких йому випало розвиватися. Класичним прикладом є різниця між сосною, що виросла на відкритому місці, і такою ж сосною, що розвивалася в густому лісі. А чи знаєте ви, що відбувається, коли ми (представники європеоїдної раси) засмагаємо? Наша шкіра може реалізовувати різні варіанти синтезу темного пігменту, меланіну, залежно від кількості надходження ультрафіолетового випромінювання. Якщо УФ‑променів мало, шкіру треба зробити прозорою, щоб забезпечити синтез вітаміну D; якщо ці промені в надлишку, від них треба захищатися, щоб зменшити ймовірність розвитку раку шкіри. Наведені приклади – лише мала частина тієї інформації, яку розвиваючийся організм отримує від середовища (червона стрілка). Ми розвиваємося в певних умовах, у певній гравітації, у середовищі з потрібним хімією, вступаємо у необхідні для нашого розвитку взаємодії (в тому числі – соціальні). Не варто недооцінювати шлях передачі інформації, показаний червоною стрілкою!
Колись здавалося, що успадкована інформація не залежить від результатів розвитку. Зараз стало зрозуміло, що високорозвинені організми набули петлю зворотного зв’язку (коричнева така), яка змінює характер успадкованих задатків залежно від фенотипу+. За умов, коли покоління за поколінням доводиться реалізовувати певний варіант розвитку з кількох можливих, шанси на успіх підвищує урахування інформації про те, яка з альтернатив була затребувана предками кожної особини.
Я чітко усвідомлюю, що за обговорення таких інформаційних каналів частина читачів спробує навісити на мене ярлик «ламаркіста». Ну що підеш! Епігенетичне успадкування доведено цілком надійно, хоча конкретні механізми реалізації цього шляху передачі інформації вивчені недостатньо. Відомі нині механізми епігенетичного успадкування пов’язані з хімічною модифікацією окремих мономерів генетичного тексту. Ця модифікація відбивається на способі просторового укладання молекули ДНК, а отже – і на її активності.
Я припускаю, що існують і інші механізми передачі інформації в тому ж напрямку, від фенотипу+ до генотипу+. Можливо, у цьому ж напрямку діють ще якісь механізми редагування ДНК (наприклад, включаючи передачу інформації з молекул РНК). Проте ця тема вимагає окремої розмови…
Фенотип+ взаємодіє зі середовищем. Якщо середовище «одобряє» результат розвитку (він виявиться достатньо пристосованим і йому просто пощастить), його успадкована інформація буде передана наступному поколінню. У організмів з статевим розмноженням кожна індивідуальна особа отримує успадковану інформацію від двох батьків; на моїй схемі це не показано (вона і так виявилася досить заплутаною).
Зверніть увагу на два цикли зворотних зв’язків. Успадковані задатки впливають на розвиток і самі коригуються (епігенетично, і, можливо, якимось іншим чином) за його підсумками. Середовище одобряє або відхиляє результат розвитку, який і сам залежить від нього. Ці зворотні зв’язки надзвичайно важливі для прискорення вироблення необхідних пристосувань. Як я писав, розповідаючи про епігенетичну теорію еволюції, для успіху організму у виживанні і розмноженні не важливо, на якій основі розвинулися його пристосувальні ознаки. Однак якщо середовище раз за разом зберігає носіїв якихось ознак, це буде приводити до підвищення стійкості їх розвитку. До речі, не плутайте: епігенетичне успадкування (ЕН) не в «родстві» з епігенетичною теорією еволюції (ЕТЕ). У випадку ЕН слово «епігенетичний» (тобто «над генами») використовується для позначення розмітки генетичного тексту, а ЕТЕ розглядає систему управління розвитком організму, що знаходиться «вище» генетичного рівня.
Механізм передачі інформації, показаний на обговорюваній картинці, сам по собі є шедевром еволюції. Але досконалості немає меж, і багаторівневий відбір все одно віддасть перевагу тій групі організмів, яка знайде спосіб його удосконалити і інтенсифікувати вироблення пристосувань. З часом одні види змінюються іншими, і та група, яка забезпечить швидше вироблення пристосувань, з часом займе більш помітне місце в біосфері.
Одним із способів інтенсифікувати вироблення і передачу корисних поведінкових ознак стало культурне успадкування. Спочатку воно обмежувалося навчанням дітей батьками, і пропускна здатність цього каналу була дуже невелика. Наш рід поставив ставку на цей спосіб еволюції; у нас він досяг неймовірної ефективності.

До шляхів передачі інформації, показаних на попередній схемі, додалися механізми культурного успадкування: передача поведінкових ознак завдяки навчанню.
Як бачите, культурне успадкування показано на схемі оранжевими стрілками. Подивіться: культурна (пов’язана з навчанням) передача інформації може йти від батьків до дітей, а може мати і інший напрямок, вона може з’єднувати організми, що не перебувають у родинних зв’язках.
Чи правомірно в даному випадку вживати слово «успадкування», порівнюючи навчання з роботою генетичного механізму? Так. Незважаючи на всю свою специфіку, культурне успадкування виникає як удосконалений шлях передачі поведінкових ознак від особини до особини. Детально обґрунтовувати тут не буду: розглядав цю тему в колонці «Еволюція: біологічна і соціальна».
Приклади культурного успадкування (відносно невеликої потужності з точки зору кількості переданої інформації) описані у кількох групах ссавців, птахів і комах. У нашого виду потужність цього каналу передачі інформації незрівнянно зросла.
А наступний шлях передачі інформації взагалі є прерогативою нашого виду.

Наша нинішня цивілізація сформована екстрасоматичним успадкуванням. Інформація від особини до особини переноситься за допомогою писемності, електромагнітного та оптичного запису.
Бачите: на схемі з’явилася передача інформації через зовнішні носії (скельові знаки, писемність, фото‑ і кіноплівку, електромагнітні та оптичні пристрої тощо). Ви також зараз взаємодієте зі мною через посередництво зовнішніх носіїв. Як назвати цей інформаційний канал? Екстрасоматичне (внетілесне) успадкування. Саме екстрасоматичне успадкування зробило людство глобальним видом.
Культурне і екстрасоматичне успадкування забезпечують передачу мемів – копійованих блоків інформації. Хоча меми можуть зберігатися і тиражуватися поза нами (наприклад, у нашій друкованій продукції чи в наших комп’ютерах), їх існування неминуче пов’язане з нами як їх споживачами.
Ми виділили два різні механізми успадкування: культурне та екстрасоматичне. Чи відповідають їм дві різні категорії мемів? Ймовірно, ні. Одні й ті ж меми можуть розповсюджуватись, використовуючи обидва шляхи. Звичайно, різні меми можуть спеціалізуватись на різних способах розповсюдження.
Як цілком справедливо стверджує Блекмор, існує ще одна категорія реплікаторів, т‑меми, які розмножуються і відбираються в технічному середовищі, минаючи наші психіки. Найочевидніший приклад таких реплікаторів – комп’ютерні віруси. Це черговий етап еволюції еволюції, і тому я малюю четверту, на цей раз – останню схему.

Виникнення інтратехнічної реплікації. Тепер передача і еволюція інформаційних реплікаторів пов’язана не лише з біологічними істотами, а й з відносно незалежними від них пристроями.
Розвиток зовнішніх носіїв призводить до чергового етапу еволюції. З’являються пристрої, які самі обмінюються між собою інформацією. Взаємодія людини з ними принципово не відрізняється від такої з традиційними носіями, але для самих реплікуваних одиниць інформації ситуація радикально змінюється. Середовище, що визначає їхню долю – вже не психіка біологічних істот. Т‑меми розповсюджуються, розмножуються і еволюціонують у новому, техногенному середовищі. Ми, творці цього середовища, можемо втішатися, що контролюємо головні параметри його функціонування. На жаль, треба не забувати, що як тільки таке середовище стає самоскладною і самоелеволюціонуючою, контроль над ним стає дуже обмеженим.
Називати цей спосіб передачі інформації успадкуванням, швидше за все, вже неможливо – адже тут немає мови про ознаки якихось організмів. Отже, давайте говорити про інтратехнічну реплікацію.
Інтратехнічна реплікація поки що залишається terra incognita. Ми можемо спостерігати лише її перші кроки. Про порівняння біологічного, культурного та екстрасоматичного успадкування можна сказати набагато більше.
Сподіваюся, у недалекому майбутньому вдасться.

←
Dmytro Shabanov
→

Жабий яд, невдалий досвід у бізнесі та сумніви щодо інноваційних перспектив університетської науки
Еволюція еволюції: від генетичного успадкування до інтратехнічної реплікації т‑мемів
Многосторонній конфлікт: особини, гени та меми; індивіди та групи; ближчі цілі та віддалені перспективи…

Колонка для Комп’ютерри #101
Колонка для Комп’ютерри #102
Колонка для Комп’ютерри #103