Читать интересную книгу Драконы Эдема - Карл Саган

Ответ: Среди вторых восьми (1).

Четвертый вопрос: Среди вторых восьми букв находится ли она в первой половине (0) или во второй половине (1)?

Ответ: Во второй половине (1).

Пятый вопрос: Из этих букв принадлежит ли она к числу Л, М (0) или к Н, О (1)?

Ответ: К числу Н, О (1).

Шестой вопрос: Это Н (0) или О (1)?

Ответ: Это Н (0).

Определение буквы Н, таким образом, равносильно двоичному тексту 001110. Но нам потребовалось не двадцать вопросов, а лишь шесть, и именно в этом смысле было сказано, что всего шести битов достаточно, чтобы определить заданную букву. Поэтому двадцати миллиардам битов соответствует примерно три миллиарда букв (2 • 1010/6 ≈ 3 • 109). Если считать, что в среднем слове примерно шесть букв, то информация, содержащаяся в хромосоме человека, соответствует приблизительно пяти миллионам слов (3 • 109/6 = 5 • 108). Полагая, что на обычной странице примерно три сотни слов печатного текста, мы получаем цифру в два миллиона страниц (5 • 108/3 • 102 ≈ 2 • 106). Если средняя книга содержит пятьсот таких страниц, то информация, заключенная в одной-единственной хромосоме человека, соответствует четырем тысячам таких томов (2 • 106/5 • 102 = 4 • 103). Ясно теперь, что последовательность ступенек лестницы ДНК по объему заключенной в ней информации сравнима с гигантской библиотекой. Точно так же ясно, сколь богатая библиотека необходима, чтобы описать такой тщательно сконструированный и тонко функционирующий объект, каким является человеческое существо. Простые организмы обладают меньшей сложностью и меньшими возможностями и требуют поэтому меньшего объема генетической информации. Каждый из «Викингов» — космических аппаратов, опустившихся на Марс в 1976 году, имел в своих компьютерах заранее запрограммированные инструкции объемом в несколько миллионов битов. Таким образом, «Викинг» обладал несколько большей «генетической информацией», чем бактерия, хотя и значительно меньшей, чем водоросли.

График на рис. 1 показывает также минимальное количество наследственной информации в ДНК различных живых организмов. Видно, что величина эта у млекопитающих меньше, чем у людей: большинство млекопитающих имеют меньше наследственной информации, чем человек. [ 5 ] Внутри некоторых таксонов, например амфибий, количество наследственной информации сильно изменяется от вида к виду. Есть мнение, что значительная часть этой ДНК может быть излишней или нефункциональной. По этой причине график дает минимальное количество ДНК для каждого таксона.

Из графика видно, что примерно три миллиарда лет назад произошло поразительное увеличение информации в организмах, населявших Землю, а после этого рост наследственной информации шел весьма медленно. Мы видим также, что если для выживания человека необходимы десятки миллиардов (несколько раз по 1010) битов информации, то недостающее количество должно быть поставлено внегенетическими системами: скорость развития систем передачи наследственности столь мала, что не приходится искать источника подобной генетической информации в молекулах ДНК. Сырьем для эволюции служат мутации, наследуемые изменения в отдельных последовательностях нуклеотидов, которые создают наследственные программы в молекулах ДНК. Мутации вызываются радиоактивностью среды, космическими лучами или, как часто случается, возникают случайно — путем спонтанных изменений в нуклеотидах, которые с точки зрения статистики всегда могут иметь место. Иной раз самопроизвольно разрываются химические связи. До определенной степени мутации находятся под контролем самого организма. Различные организмы имеют способность устранять некоторые типы повреждений структуры своих ДНК. Существуют, например, молекулы, которые следят за повреждениями ДНК. Если обнаруживается грубое нарушение в системе ДНК, то оно вырезается с помощью своего рода молекулярных ножниц и ДНК возвращается к норме. Но такие исправления не являются, да и не могут быть совершенными: мутации нужны для эволюции. Однако мутация в молекуле ДНК хромосомы клетки кожи моего указательного пальца не оказывает никакого влияния на мою наследственность. Пальцы не участвуют, во всяком случае впрямую, в размножении вида. Важны мутации в гаметах, половых клетках — сперматозоидах (мужских) и яйцеклетках (женских), благодаря которым происходит половое размножение. Мутации, случайным образом оказавшиеся полезными, представляют собой рабочий материал для биологической эволюции — как, например, мутация меланина у некоторых бабочек, что изменяла их цвет из белого в черный. Такие бабочки обычно жили в Англии на березах, поэтому для них белая окраска — защитная. [ 6 ] Изменение цвета отнюдь не давало им преимущества: темные бабочки были отлично видны и поедались птицами, и потому такая мутация эволюцией отбраковывалась. Но когда в ходе индустриальной революции березы стали покрываться сажей, положение изменилось на обратное: только бабочки с меланиновыми мутациями могли выживать. Такая мутация закрепилась, и с течением времени почти все бабочки стали темными. Изменение было наследуемым — оно передавалось будущим поколениям. При этом иногда случаются и обратные мутации, идущие вразрез с меланиновым приспособлением, которые могли бы оказаться полезными, если бы загрязнение природы промышленностью Англии было однажды взято под контроль. Отметим, что во всех этих взаимодействиях между мутацией и естественным отбором ни одна бабочка не предпринимала сознательного усилия приспособиться к окружающей среде. Этот процесс хаотичен и случаен.

Такие крупные и сложные организмы, как люди, в среднем имеют примерно одну мутацию на десять гамет, то есть существует десятипроцентная вероятность, что каждый данный сперматозоид или яйцеклетка будет иметь новое и передающееся по наследству изменение в генетической программе, которая определяет собой облик нового поколения. Эти мутации происходят случайно и почти все без исключения вредны: ведь крайне редко случается, что сложная машина становится лучше после того, как в инструкцию но по ее изготовлению были наобум внесены какие-то изменения.

Большинство этих мутаций рецессивны — они не проявляют себя немедленно. Тем не менее уже существует такой высокий уровень мутаций, что, как считают некоторые биологи, увеличение молекулы ДНK принесло бы с собой неприемлемо высокие темпы мутаций: будь у нас больше генов, слишком многое слишком часто происходило бы с ошибкой. [ 7 ] Если это верно, то должен существовать практический верхний предел количества наследственной информации, которую может заключать в себе ДНК больших организмов. Таким образом, большие и сложные организмы, для того чтобы существовать, должны иметь достаточные источники внегенетической информации. Эта информация у всех высших животных, кроме человека, содержится почти исключительно в головном мозге.

Какую информацию содержит мозг? Рассмотрим два крайних противоположных взгляда на работу мозга. Согласно первому мозг (или, во всяком случае, высшие его разделы, кора головного мозга) эквипотенциален: любая часть его может заменить собой любую другую часть, и не существует никакой локализации функций. Согласно другому взгляду мозг представляет собой схему, все блоки которой предельно специализированы: каждая отдельная его функция локализована во вполне определенном месте. Истина, видимо, лежит где-то посередине между этими двумя крайними точками зрения. С одной стороны, любой лишенный мистики подход к работе мозга должен связывать физиологию с анатомией — любая функция мозга должна обеспечиваться соответствующим расположением нейронов или иной формой организации мозга. С другой стороны, можно ожидать, что естественный отбор, чтобы обеспечить точность работы мозга и защитить его от различного рода случайностей, привел к избыточности в его конструкции. Того же следует ожидать и от неисповедимых путей эволюции, которыми, скорее всего, следовал мозг.

Избыточность памяти была ясно продемонстрирована Карлом Лешли, психоневрологом из Гарвардского университета, который хирургическим путем удалял значительную часть коры головного мозга крыс, и при этом не было отмечено никаких изменений в их способности использовать ранее полученный опыт преодоления лабиринтов. Благодаря таким экспериментам становится ясно, что память должна быть локализована во многих различных частях мозга, а теперь мы знаем, что некоторые воспоминания переливаются между правым и левым полушариями мозга через трубу, называемую мозолистым телом (corpus callosum).

Лешли установил также, что не происходит видимых изменений в общем поведении крысы, когда удаляется значительная часть — скажем, десять процентов — ее мозга. Но никто не спросил крысу, каково ее мнение по этому поводу. Чтобы правильно ответить на этот вопрос, потребуется тщательно изучить «социальное», пищевое и защитно-атакующее поведение крысы. Существует много скрытых изменений в поведении, являющихся результатом экстрипации, то есть удаления части мозга, которые могут ускользнуть от не слишком внимательного исследователя, но в то же время иметь для крысы существенное значение. К примеру, кто знает, сохраняется ли у нее после экстрипации прежний интерес к привлекательной крысе противоположного пола и не становится ли она вдруг безразличной к подкрадывающейся кошке? [ 8 ]