трохи поговоримо про еволюцію

[don_katalan]

Вячеслав Ільченко
Завдяки одному із моїх френдів, у мене нарешті сьогодні є тема, на яку я можу написати пост.
Щоправда, він буде для багатьох "триггерним", тому що в ньому ми трохи поговоримо про еволюцію і про те, чому теорія "гуманоїдного всесвіту" є лютим антропоморфізмом - тобто, насправді навіть на землеподібних планетах розумне життя може й зовсім не нагадувати людей, а в кращому випадку лише зовні скидатись на земних тварин.
Суперечки на тему, чи існує еволюція, ми залишимо якось на інший раз, тому що у нас її зазвичай спрощують до дарвінівських тез - а їм сто років в обід (150, якщо зовсім точно). "Теорія Дарвіна" насправді описує лише одну конкретну форму еволюції (ідіоадаптацію, якщо точно) на прикладі одного конкретного вида (птахів-в'юрків).
Ідіоадаптацію взагалі із всіх видів еволюції вивчати найпростіше - тому що вона "не вилазить" за межі родини видів, сильно залежить від оточення, і її можна легко спостерігати - наприклад, на островах, які представляють собою замкнені біоми. Там і перехідні форми легко знайти, і філогенетичне дерево нескладно побудувати.
В школі ж зазвичай не розказують, що свою теорію Дарвін побудував на основі досліджень відмінностей між видами птахів Галапагоських островів (належать Еквадору) та островів Зеленого Мису (нині держава Кабо-Верде). Ці острови представляють досі собою скарбницю для біологів та екологів, і там ще не одне відкриття зроблять...
Сучасна же теорія еволюції набагато складніша. Вона включає не лише природній добір (він, до речі, може приймати різні форми - тому його краще називати "фітнесс-функцією", тобто, критерієм, який є ключовим для розвитку того чи іншого виду), а й теорію катастроф, а також популяційну генетику (ага, роль фітнесс-функції може виконувати і суспільство - це база еволюції, наприклад, вуликових комах, а також людини як виду) і ще купу речей.
Наприклад, в "еволюційних срачах" часто піднімається тема перехідних видів - мовляв, їх нема, значить, нема і еволюції. Так ось, перехідні види характерні саме для ідіоадаптації. А на більш високих рівнях еволюція відбувається стрибкоподібно, із накопиченням цілого пакету змін. Що запускає еволюційні стрибки, ми не знаємо - але це якось пов'язано із катастрофами. Наприклад, так званий "вендський еволюційний вибух" представляє собою загадку - тому що величезна кількість видів з'явилась майже одразу з геологічної точки зору, ніби хтось "пришпорив еволюцію" разів так в сто. Відомі й інші "еволюційні вибухи", поменше масштабом. Один із них породив, наприклад, ссавців - всі сучасні ссавці походять з одного філогенетичного кореня, тобто, є далекими-предалекими родичами між собою...
Одне відомо точно. Еволюція - це надзвичайно гнучкий механізм, здатний заповнити життям навіть цілу Галактику, і при цьому допустити вкрай мало помилок.
Одна тільки Земля налічує сім видів макробіомів, і ці сім мають стільки різноманітностей, що сліпою випадковістю пояснити це... здається, у Докінза я зустрічав аналогію самозборки "Боїнга" із окремих деталей, закручених в торнадо? Так от насправді треба не про один "Боїнг" говорити, а про самозібраний автоматичний завод, який ці "Боїнги" продукує нон-стоп протягом мільярдів років практично без браку.
Основним інструментом еволюції є ДНК - дезоксирибонуклеїнова кислота. В ній закодована програма розвитку організма від народження до його смерті. Кожна жива клітина, попри те, що виконує лише малесеньку долю цієї програми, містить повну копію ДНК. Виключенням є лише статеві клітини - вони містять тільки половинний набір генів, самі знаєте, чому... І ще віруси - вони містять лише РНК - підмножину ДНК, достатню для того, щоб паразитувати на інших клітинах.
Як і всяка програма, ДНК складається із ключових слів. В це складно повірити, але вся багатоманітність земного життя програмується лише чотирма ключовими словами - кодонами, спеціальними білками. В школі вам їх, напевне, називали - аденін, тимін, гуанін та цитозін. Їх вистачає не лише власне на "код живого організму", а й на контрольні коди. Однак на жаль, цих контрольних кодів вистачає на самовиправлення лише певної кількості помилок. Є межа, після якої самореплікація починає збоїти, і так починається наше із вами старіння...
Але ми сьогодні поговоримо не про механізми старіння, а про мову програмування ДНК. Ми казали, що там всього чотири ключових слова. Це правда - для 99,9% земних організмів.
Насправді всі чотири кодони відносяться до класу речовин-нуклеотидів, які представляють собою складні органічні фосфорні сполуки. Десь собі позначте - для розвитку життя на основі ДНК життєво необхідний не стільки кисень, скільки фосфор. Всі інші параметри можуть бути... будь-якими.
Оскільки нуклеотіди є органічними сполуками, вони можуть мати варіації, які називаються "ізомерами" - тобто, варіантами просторової архітектури молекули (це вивчає окремий розділ хімії, який зветься стереохімією). Ці варіації дозволяють припустити. що ДНК має потенціал, розрахований не лише на відомі нам земні умови.
Для аденіна, тиміна і гуаніна відомі по дві модифікації, а для цитозіна - цілих шість. Чому так? А тому що цитозін використовується як "контрольний нуклеотід" для гуаніна. Наприклад, туберкульоз так складно побороти в тому числі тому, що у деяких видів туберкульозної палички в ДНК-коді використовується специфічна модифікація цитозіна, яка дозволяє сформувати більш стійкі контрольні пари (тобто, контрольний код) ДНК, а це, в свою чергу, підвищує живучість бактерії.
Що? Ні, це не антибіотики винні - ця модифікація з'явилась задовго до людини. Навіть задовго до динозаврів і життя на землі... я маю на увазі, на суходолі... Це релікт часів, коли життя було лише одноклітинним.
Резистентність бактерій та вірусів це також, до речі, приклад ідіоадаптації - причому фітнесс-функцією в цьому випадку виступаємо ми із вами (який відсоток в цьому лікарів, який відсоток самолікування і т. д. - це окрема велика тема).
А тепер головна штука, задля якої городився весь пост:
- окрім чотирьох відомих нуклеотидів можливі й інші, які також здатні "працювати" у якості ключових слів ДНК.
Це не теорія. В 2012 році були отримані перші в історії штучні нуклеотиди, які можна вбудувати в ДНК.
Не варто лякатись, вони не кодують монстрів - ксеноморфи із плаваючою генетикою а-ля "Чужий" ще є сильно ненауковою фантастикою.
Штучні нуклеотиди створили для того, щоб полегшити розшифровку ДНК і "підсвічувати" необхідні фрагменти. Їх можна порівняти із коментарями, які пише програміст, розбираючись в чужому коді - вони не виконуються, а просто є зручними маркерами. Типу "тут ми розібрались", а "тут треба глибше дослідити".
Однак факт є фактом - ці дослідження показали, що ДНК із шістьма кодонами можливе. А це значить, що ДНК "розрахована" не лише на Землю, а й на невідоме нам (і цілком можливо, нескінченне) розмаїття інопланетного життя.
Чотирьох - нагадаю - вистачає на ВСІ земні біоми. Ще два можливі кодони означають. що можливі іще мінімум сім "повних іншопланетарних наборів ДНК".
Для буквоїдів: 4 кодони - уже планетарний набір, ще два дають додаткові "землеподібні" біоми, звідси 2^3 => 8, а повну кількість вірогідних планетарних наборів розрахуєте самі по формулі комбінаторних перестановок без повторів для чотирьох і шести позицій (кількість кодонів має бути парна, інакше не вийде працездатних контрольних кодів).
Так що, коли ми доберемось до інших світів, не варто там одразу шукати гуманоїдів, навіть якщо планета схожа на Землю... Там може бути все зовсім, зовсім інакше.
П. С. Звідки я це все знаю? В галузі штучного інтелекту є такий клас алгоритмів - алгоритми квазівипадкового пошуку. Полягають вони в тому, щоб певні характеристики, наприклад, кристала, записати в формі нуклеотидів і сформувати із них набір квазі-ДНК. А потім запустити моделювання їх схрещування і перевірку отриманих комбінацій на стійкість (от вам і мікро-модель фітнесс-функції). ККД таких алгоритмів невисокий, але в мої часи вони були страшенно популярні - приблизно як нейромережі зараз.