Шачков В. В. - Mashinnyi-razum@narod.ru

Досточтимый сэр.

Господин Администратор. Вы постоянно сносите мой сайт. Не будте маленьким ребёнком, а будте мужчиной. Пошлите мне письмо о причинах сноса моего сайта. Я сниму материалы, которые являются камнем преткновения. Я либо найду другого автора или напишу нужный мне материал сам.
Я буду благодарен авторам материалов, если они укажут якоря для ссылки на свои материалы.
Для меня утрата материалов после августа 1998 года не является чем-то смертельным. Так как я использую материалы 10 -30 летней давности. А на них не распространяются права интеллектуальной собственности.
По заявлению Майера Мински мы более 50 лет строим, что-то не то.
Естественный и искуственный интеллект.
Естественный разум людей и животных - и искуственный машинный разум.
И как следствие обход японцами 3-х законов робототехники Айзека Азимова. Зная как домашние животные относятся к человеку - создание роботов имитирующих их поведение. А что ждёт нас на поле боя.

Вячеслав Шачков.
Инженер - системотехник.

Оглавление

Оглавление………………………………………………………………………………………..1

Введение…………………………………………………………………………………………..3

а) Жизнь в период перемен…………………………………………………………..………….3

б) Нет пророка в своем отечестве……………………………………………………………...5

в) Как всё начиналось…………………………………………………………………………...8

г) Электромеханические компьютеры – накануне века электроники.....................................13

1. Artificial Intelligence-социальный заказ человечества…………………….……………...…16

а) Беспределен ли человек…………………………………………………..………………...16

2. Прототипы……………………………………………………………………………………..22

а) Проект Велзи……………………….………………………………………………...…..22

б) Компьютерные психотехнологии – кульминация развития человечества…...……….…26

в) От нейрона к нейрокомпьютеру...........................................................................................32

г) Т9000 Транспьютерная революция продолжается..............................................................43

д) Суперкомпьютеры в мире и в нашей стране.......................................................................51

в) Тонкие энергии……………………………………………………………………………..60

г) Концепция “умной пыли”……………………………………………………………….…62

д) Почти живой компьютер………………………………………………………………...…64

е) Виды логики……………………………………………………………………….………..65

ё) Третьего дано……………………………………………………………………………….66

ж) Нечёткая логика……………………………………………………………………………68

з) Нечёткая логика в системах управления…………………………………………………..72

и) Красота как побочный продукт нервных сетей…………………………………….…….77

к) Положимся на случай……………………………………………………………….…..…79

л) Интеллект – понятие относительное…………..….……………………………………….80

м) Почему ползает червь………………………………………………………………………81

н) Зачем компьютеру зрение………………………………………….………………………82

3. Проблемы Эволюции…………………………………………………………………………89

а) Эволюция и сотворение мира………………………………………………………………89

а) Эволюция человеческого разнообразия………….……………………………….……….95

б) Взаимная помощь как фактор эволюции………….………………………………………106

в) Игра возможного……………………………………………………………………………120

в) Почему летит “стрела времени”…………………….……………………………………..142

г) Эволюционная теория: драма в биологии…………….…………………………………..149

д) Парадокс миллиона обезьян………………………………………………………………156

е) Генетика этики………………………………………………………………………….....162

ё) Инстинкт совести или алгебра совести…………………………………………………..179

ж) Преобразование разнообразия……………………………………………………...……187

з) Загадки гениальности.................................................................... ...................................198

и) Какие сны в том смертном сне приснятся…………………………………………….….210

4. Разумен ли компьютер……………………………………………………………………….215

а) Вычислительные машины и человеческий разум……………………………………….215

б) Когда же компьютеры обретут - обретут разум?………………………………………..272

в) Естественный интеллект………………………………………………………………….274

г) Искуствееный РАЗУМ…………………………………………………………………….279

5. Братья наши меньшие........................................................................................................283

а) Диалог с животными, что он может дать......................................................................283

б) Аборигены Западной Гумисты......................................................................................290

6. Религия Древнего Египта произошла от канибализма....................................................296

а) Атеистическое наследие Энгельса..................................................................................296

7. Параметры технические......................................................................................................305

а) Где прячется квантовое сознание..................................................................................305

б) Перспективы и тенденции развития искусственного интеллекта..................................307

в) Досье искусственного интеллекта....................................................................................312

8. Рабочая конструкция.........................................................................................................316

9. Методы испытаний.

10. Выводы для подготовки следующего варианта

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

ЭДУАРД ПРОЙДАКОВ: КОЛОНКА РЕДАКТОРА

Жизнь в период перемен

Вам скоро будет не до карт, вам предстоит сразиться.

...А в это время Бонапарт переходил границу.

В. Высоцкий

Утро 20 марта сразило меня началом военных действий стран американской коалиции против Ирака. Не то чтобы это было неожиданностью, но вот свершилось, и черта, отделяющая намерения от действий, пройдена.

Сейчас нет недостатка в комментариях этого события: социологи, политики, военные и экономисты пытаются оценить последствия данного шага. Несомненно одно — оно вызовет в мире новую гонку вооружений, поиски асимметричных ответов, появление новых форм терроризма. Пугает четкая корреляция происходящего с предвоенными действиями гитлеровской Германии: Югославия — война в Испании, Афганистан — аншлюс Австрии, Ирак — оккупация Чехословакии. Однако надеюсь, что на этот раз Аннушка все-таки еще не пролила масло и основные грядущие события произойдут лет этак через десять.

Локальные войны всегда были полигоном для испытаний новых видов вооружений. В этот раз на Ираке испытывается до 400 образцов новой техники. Я в молодости наблюдал соревнование американских и советских разработчиков во время войны во Вьетнаме и опосредованно участвовал в нем, вытачивая детали зенитных ракет в тропическом исполнении. Тогда был определенный технический паритет и на каждое их решение следовало адекватное наше. Сейчас, получив 12-летний гандикап, США сильно оторвались от остального мира в области вооружений и способов ведения войны. Что же из этого следует для компьютерных технологий? (Опустим при этом множество других возникающих проблем.)

Несомненно, что направление современных исследований и разработок, проводимых в США, ведет к созданию в ближайшем будущем систем с искусственным интеллектом. В первую очередь такие разработки нужны для функционирования боевых роботов. К сожалению, в России до сих пор сильно недооценивается значение робототехники. Через десять лет война будет еще более бесконтактной, но при массовом использовании роботов она может стать еще и анонимной. Необходима (как, например, у Японии) национальная программа по развитию робототехники. Кроме того, это колоссальный рынок — по некоторым прогнозам, его мировой объем к 2010 г. достигнет 30 млрд. долл.

Компьютеризация вооружений требует воссоздания в стране собственной полупроводниковой промышленности. Она может быть не нацелена на массовые рынки (т. е. производство может быть мелкосерийным и экспериментальным), но должна обеспечивать потребности силовых и государственных структур. Отсюда следует необходимость создания собственного микропроцессора и компьютеров на нем. Что, собственно, нам и продемонстрировал Китай.

Национальная информационная безопасность диктует неотложность наведения порядка и в используемом силовыми структурами ПО; переход на открытые исходники — один из возможных вариантов.

И наконец, в России, о чем неоднократно говорилось, как не было доктрины развития высоких технологий, так и нет.

Близится время выборов, поэтому, рассматривая кандидатуры своих избранников, задайтесь вопросом, будут ли они способствовать укреплению безопасности страны, или просто ведут борьбу за теплое местечко.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НЕТ ПРОРОКА В СВОЕМ ОТЕЧЕСТВЕ

Взяться за перо меня заставила статья В. Ростковского “Кто и когда стал отцом кибернетики...” (№ 6 за 2000 г.). Уж если восстанавливать историческую правду, то лучше делать это целиком, а не выборочно, иначе получается лишь полуправда.

Не подвергая сомнению приоритет российских ученых в данной области, можно, однако, более внимательно отнестись к выбору “главных героев”. Так, академик РАН Н.Н. Моисеев в своей книге “Алгоритмы развития”(1987) называет, по крайней мере, два имени — П.К. Анохина и А.А. Богданова. Автор, в частности, пишет:

“Еще за 15 лет до Винера П.К. Анохин также утверждал, что наличие отрицательных обратных связей, обеспечивающих устойчивость организмов, — это то самое главное, что присуще жизни, что создает у живых существ целеполагание — стремление к сохранению гомеостазиса, что отличает жизнь от процессов, протекающих в неодушевленной природе. Ученики П.К. Анохина считают именно его зачинателем современной биокибернетики.

Но, по-видимому, ни П.К. Анохин, ни Н. Винер не были правы. Правильную точку зрения первым высказал, скорее всего, А.А. Богданов, который еще в 1911 году занимался проблемами организационных структур. Его книга “Всеобщая организационная наука, или Тектология” написана довольно архаичным языком... Однако если перевести рассуждения А.А. Богданова на современный язык, можно будет сказать, что он утверждал, что для развития организации любой природы необходимы не только отрицательные, но и положительные обратные связи. Любая организованная система, любое живое существо в частности, если присмотреться внимательно к его деятельности, проявляет способности реализовывать оба типа обратных связей”.

Биографическая справка:

АНОХИН Петр Кузьмин (1898 - 1974), российский физиолог, академик АН СССР( 1966) и АМН (1945). Фундаментальные труды по нейрофизиологии — механизмам условного рефлекса и внутреннего торможения, онтогенезу нервной системы и др. Изучал деятельность целостного организма на основе разработанной им теории функциональных систем (начиная с 1935), которая внесла вклад в развитие системного подхода в биологии и кибернетики. Ленинская премия (1972).

БОГДАНОВ (наст. фам. Малиновский) Александр Александрович (1873—1928), политический деятель, врач, философ, экономист. Член Российской социал-демократической рабочей партии в 1896—1909, большевик, с 1905 член Руководства группы “Вперед”. Автор утопических романов “Красная звезда”, “Инженер Мэнни”. С 1918 идеолог Пролеткульта. Основное сочинение — “Всеобщая организационная наука” (т. 1-2, 1913—17). Выдвинул идею создания науки об общих принципах организации — тектологии, предвосхитил некоторые положения кибернетики. С 1926 организатор и директор Института переливания крови; погиб, производя на себе опыт.

(Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2000.)

Добавим к этому, что “тектология” Богданова (если рассматривать ее с позиций сегодняшнего дня) по существу и включала в себя основы кибернетики, системного анализа и синергетики, а в фантастическом романе “Красная звезда” (1908) он впервые описал компьютер (электронный мозг), управляющий космическим кораблем. Для сравнения, у А. Толстого в “Аэлите” (1922—1923) это делалось вручную... К сожалению, идейные разногласия помешали вождю мирового пролетариата разглядеть в творчестве Богданова положительное зерно. Вероятно, в этом и состоит одна из причин долгого забвения данного мыслителя и его частичной “реабилитации” только во второй половине 80-х. Если бы В. Ростковский указал политические взгляды и дату смерти Н.А. Белова, это, возможно, прояснило бы судьбу его работ.

Историко-научные исследования, вроде проведенных В. Ростковским, полезны и необходимы. Однако, поднимая престиж отечественных ученых, совсем не обязательно при этом принижать иностранных.

Хочу подчеркнуть: Норберт Винер никогда не был врагом нашей страны и никогда не пытался присвоить себе чужую славу. Напротив, посетив в 1960 г. СССР, он имел самые дружеские контакты с советскими учеными и высоко оценивал их деятельность. Неоспорим вклад Винера в борьбу за мир в качестве писателя и публициста. Известно, как негативно он относился к “бряцанию оружием” со стороны американских военных и политиков, как осуждал их высокомерное отношение к другим странам и народам. Сам Винер был чужд подобных настроений.

Возможно, читателю интересно будет узнать, что отец Норберта, Лев Соломонович Винер, эмигрировал в Америку в 1880 г. из Белостока (ныне — Польша, тогда — Российская Империя), впоследствии работал заведующим кафедрой славянских языков и литературы в Гарварде и даже перевел на английский язык полное собрание сочинений Л.Н. Толстого. Свои теплые чувства к России он передал и сыну.

Факт ссылки в “Кибернетике” и других работах на А.Н. Колмогорова нельзя рассматривать иначе как положительный. Разумеется, если бы Винер знал о работах других российских предшественников, а тем более как-то использовал их идеи в своей работе, он сослался бы и на них. Очевидно, он о них просто не знал. Нелишним будет напомнить, что в 1912 г., когда Н.А. Белов делал свой доклад в Париже, Винеру было всего 17 лет, он учился в Гарварде и ни о какой кибернетике еще не задумывался. Когда же дошла очередь до нее... Ну можно ли всерьез требовать от математика знакомства с трудами конференции врачей по сравнительной патологии 35-летней давности?! Скорее, уместнее задаться вопросом, почему за все это время высказанные идеи не получили должного внимания и практического развития, и прежде всего — в своем родном Отечестве.

В. Ростковский сетует на то, что молодежь одурманена иностранной пропагандой. Нельзя отрицать, что многие молодые люди лучше знают своих западных кумиров, чем великих людей собственной страны. Однако к вопросу об отцах кибернетики это замечание никакого отношения не имеет, скорее, напротив. Ведь и предыдущие поколения практически ничего не знали о российских предшественниках Винера!

Вероятно, о них не знали даже советские ученые 50—60-х, иначе непременно сообщили бы ему, и в переизданиях “Кибернетики” появились бы новые ссылки. Безусловно, советская власть имела достаточно времени и возможностей, чтобы официально установить приоритет отечественных ученых (как это было сделано во многих других областях науки), но почему-то не захотела. Возможно, потому, что это значило бы также признать свое историческое упущение.

Теперь о работах Н.А. Белова. Следует подходить с осторожностью к такому термину, как “закон”, поскольку он открывает широкие возможности для интерпретаций и игры слов. Сравним, к примеру, словосочетания: закон Ньютона, закон диалектики и закон бутерброда... Насколько можно понять из статьи В. Ростковского, то, что открыл Белов, сегодня мы назвали бы “триггерным эффектом”. Такой эффект действительно наблюдается во многих системах — живых и неживых, однако возводить его в ранг закона лично мне кажется преувеличением.

Читал ли М.А. Бонч - Бруевич опубликованную в 1912 г. работу Белова, прежде чем создать в 1918-м свой электронный триггер, или причинно-следственной связи тут нет, а есть лишь хронологическая последовательность независимых друг от друга событий, из статьи В. Ростковского понять невозможно. Кстати, триггер вовсе не является обязательным элементом вычислительных машин, даже электронных, хотя бы потому, что, наряду с цифровыми ЭВМ, существуют (и раньше более активно использовались) аналоговые машины; не будем также забывать про машины механические, гидравлические и т.п.

В любом случае, никакая наука не может быть построена на одном открытии, одном законе, одной формуле. Попытка объяснить ВСЕ чем-то ОДНИМ, конечно, представляет собой большое искушение, но, скорее, способна завести в тупик, нежели открыть истину. Подобный взгляд зачастую приводит к отбрасыванию или искажению всех фактов, не укладывающихся в схему. Не будем также забывать, что представления о научной строгости, экспериментальной и теоретической обоснованности концепций не только различаются в зависимости от того, о какой научной дисциплине идет речь, но и существенно меняются от эпохи к эпохе.

Норберт Винер действительно не оставил после себя какой-то ОДНОЙ, универсальной, формулы. Напротив, наследие Винера чрезвычайно разнообразно, и есть МНОГО вещей в науке, связанных с его именем: винеровский процесс, уравнения Винера-Хопфа и т.д. Следует отметить, что вопросы нейрофизиологии были для Винера вторичны: начинал он с задач управления зенитными комплексами во время войны и в дальнейшем живые организмы рассматривал в основном как прототипы для создания более совершенных машин, систем связи и т.п.

Что касается загадочной “формулы Белова” для человеческого организма, то она, по определению, не может быть универсальной, но лишь приближенной эмпирической. Хотя бы потому, что каждый из нас уникален, у каждого своя цепочка ДНК, определяющая развитие организма от рождения до смерти, располагающая к одним болезням, предотвращающая другие и т.п. В начале века об этом, конечно, еще ничего толком не было известно.

В заключение остается посетовать: до каких пор приоритет наших ученых будут доказывать историки, а не практики? Почему передовые идеи отечественных ученых обнаруживаются на пожелтевших страницах в пыльных архивах, а не в реальных делах, массовом применении, повышении уровня жизни граждан, так, чтобы и вопросов никаких не возникало? И ведь продолжается это не один век...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Как всё начиналось.

Согласно статьи “История IT: с глубокой древности до наших дней”

журналаPC WEEK_RU

Человечество придумывает новое.

За три тысячи лет до н. э.:

Изобретение счета – эпохальное событие средств вычисления.

Процедуру счета хорошо бы автоматизировать.

500 лет до н. э.:

появление абаков – счетов с косточками в направляющих пазах.

Возникает вопрос: а нельзя ли эти операции формализовать (описать символами?).

350 лет до н. э.:

введение Диофантом (409 – 325 гг. до н. э.)

знака равенства и символического языка алгебры.

Примерно в тоже время Аристотель (384 – 322 гг. до н. э.) создаёт основы математической логики.

200 лет до н. э.:

Эратосфен (276 – 175 гг. до н. э.) разработал метод нахождения простых чисел.

800 г. н. э.:

в Китае используется цифра “0” и отрицательные числа (китайцы взяли на вооружение идеи индийских математиков)

Тогда же Мухаммед ибн Муса Аль Хорезми

пишет свой бестселлер “Арифметика”.

Раз мы умеем считать то, пора научиться учитывать.

1494 г.:

итальянец Лука Пачиоли (1415 – 1517 гг.) вводит письменные приёмы счета при помощи арабских цифр и издает первый в истории учебник бухгалтерского учета.

От автоматизации простого к познанию сложного

1612 – 1617 гг.:

введение понятия “десятичная запятая” создание таблицы логарифмов, использование простейших приспособлений для умножения – палочек шотландца Дж. Нейпера (John Naiper)

Гениальная идея колеса позволяет усилить физическую мощь человека. А как усилить мощь интеллекта?

1673 – 1674 гг.:

немец Г. Лейбниц создает первую вычислительную машину для четырех арифметических действий “+” “-” “*” “:” на основе ступенчатого валика.

1769 г.:

Вольфганг фон Кемпелен разрабатывает свой автомат для игры в шахматы.

Ха! На этом можно заработать деньги.

1774 г.:

Филипп Матхауз Хан догадывается продавать счетные машины клиентам. Его по праву можно считать первым дистрибьютором ЭВМ на мировом рынке.

1821 г.:

Француз К. Томас выбрасывает на рынок первую крупную партию арифмометров – IBM это ещё не снилось.

Ну разве это автоматизация? А нельзя ли целиком заменить человека? Пусть вычисления производит машина – это же так просто.

1830 – 1842 гг.:

англичанин Ч. Бэббидж разрабатывает вычислительную машину общего назначения с программным устройством.

Ада Августа – дочь поэта лорда Дж. Г. Байрона пишет для этой АВМ первые программы.

Вывод 1: первый программист – это женщина!

Вывод 2: История подтверждает – все радости и беды от женщин.

Что делать, если костры или кони не способны передавать информацию на большие расстояния?

1858 г.:

прокладка первого телеграфного кабеля через Атлантический океан.

Валик – хорошо, но колесо, учитывающее системы счета, - лучше решил

в 1870 – 1875 гг.:

россиянин П. Л. Чебышев и запатентовал один из базовых элементов вычислительной машины – зубчатку с переменным числом зубцов.

Лучина тоже неплохо, но силно чадит, вторит ему соотечественник, А. Н. Лодыгин, изобретая и патентуя лампу накаливания. Тогда она ещё работала на угле.

Писать гусиным пером? Неудобно

1874 г.:

появилась клавиатура пишущей машинки, а спустя каких – то 4 года – клавиша Shift.

1875 г.:

американец Фельт создает первую суммирующую машину с клавиатурным набором.

1896 г.:

Г. Голлерит в Нью – Йорке регистрирует фирму CTR, которая занялась выпуском перфокарт и счетно – перфорационных машин.

В 1924 году эта компания была реарганизована в фирму IBM.

А нельзя ли передавать изображение без бумаги?

1907 г.:

россияне Борис Розинг и Владимир Зворыкин патентуют электронно – лучевую трубку и первую в мире электронную систему воспроизведения телевизионного изображения.

Фантастика или реальность? Где грань?

1917 г.:

чех К. Чапек придумывает слово “робот”.

1920 г.:

начало трансляции регулярных передач коммерческих радиостанций (станция KD – KA Westinghouse Electric).

1927 г.:

лаборатория А. Белла (США) впервые представляет возможности телевидения, а в Массачусетском технологическом институте изобретена первая аналоговая вычислительная машина.

1933 г.:

создание первой электрической печатной машинки.

Всё хорошее начинается с плодотворной концепции

1936 г.:

англичанин А. М. Тьюринг и американец Э. Пост разрабатывают концепцию абстрактной универсальной вычислительной машины.

1938 – 1941 гг.:

С. А. Лебедев из Института злектротехники АН УССР (Киев) приступает к конструированию ЭВМ, работающей в двоичной системе счисления.

В 1941 году работа прерывается и возобновляется только в 1947 году.

1943 – 1944 гг.:

в исследовательском центре города Блетчли (Великобритания) А. М. Тьюринг и Х. А. Ньюман создают первую ЭВМ Colossus работающую на электронных лампах.

1946 г.:

В Нью – Йорке (США) появилась первая кредитная карта.

1947 г.:

Норберт Винер ввёл в оборот термин “кибернетика”: часто полезно вспомнить что – то из хорошо забытого старого.

1948 г.:

в Кембриджском университете (Великобритания) М. В. Уилкс создаёт ЭВМ с хранимой программой ЭДСАК. Она работает на 3 тысячах электронных ламп и в 6 раз производительнее своих предшественниц.

Тогда же IBM выпускает первые магнитные накопители, а фирма Xerox – первый в мире копировальный аппарат Model A.

А что дальше? Пора автоматизировать разум!

1950 г.:

Алан Тьюринг предсказывает, что компьютеры смогут имитировать человеческий интеллект.

1952 г.:

начало серийного выпуска первого лампового компьютера IBM – 701, который был способен выполнять 2,2 тыс. операций в секунду. Тогда же в СССР вводится в эксплуатацию электронно – вычислительная машина БЭСМ – самая быстродействующая в Европе (8 – 10 тыс. операций в секунду).

1954 – 1957 гг.:

появление первых матричных принтеров и прототипов винчестеров (IBM, США), а также хорошего языка программирования FORTRAN.

Лампы - это очень слишком горячо!

1958 – 1964 гг.:

прекращение производства ламповых ЭВМ, начало и серийное производство первых универсальных ЭВМ 2 – го поколения на транзисторах.

1964 г.:

присвоение первой в США учёной степени в области компьютерных наук Ричарду Виксельблату в университете Пельсильвания.

1970 г.:

начало продаж мини – ЭВМ Super Nova, компании Data Gentral (США).

Было фантастикой стало реальностью

1973 г.:

появление промышленных роботов фирмы Unimation (США).

И в революции бывают революции

1976 г.:

Стив Джобс и Стивен Возняк в родительском гараже создают первый персональный компьютер Apple.

1980 г.:

Microsoft и IBM договариваются о независимом от компьютеров распространении операционной системы MS DOS. После этого соглашения она получила название OS DOS.

1981 г.:

создание рабочей станции Star, оснашенной мышью и графическим пользовательским интерфейсом.

ЭВМ – человек?

1982 г.:

журнал “Тайм” назвал ПЭВМ “человеком года”.

1985 г.:

Apple вводит в обиход клавиши управления курсором и отдельный блок с цифровыми клавишами.

Тогда почему не болеет?

1988 г.:

появление первого компьютерного вируса “Червь Морриса”.

1989 г.:

создан первый специализированный шахматный компьютер Deep Thought (на базе станции Sun 4), ставший чемпионом среди собратьев со счетом 5:0 (разработчики Кемпбелл и Су), вошедший в сотню лучших гроссмейстеров планеты, но разгромленный чемпионом мира среди людей Гарри Каспаровым (СССР).

1991 г.:

студент университета Хельсинки Линус Торнальд становится автором идеалогии ядра операционной системы Linux.

1994 г.:

Microsoft выпускает свою операционную систему Windows 95.

И в информатике есть путы, которые надо разрезать

1996 г.:

Президент США подписывает акт о телекоммуникациях, снимающий многие ограничения на пути развития систем связи.

Что ещё?

1997 – 1998 г.:

Айзек Чуанг из IBM и Нейл Гершенфелд из Массачусетского технологического института создают первый в мире квантовый компьютер с использованием двух атомов молекулы хлороформа (атом водорода и атом углерода).

2000 г.:

в декабре опубликована очередная версия списка Top – 500 самых высокопроизводительных вычислительных систем: чуть меньше половины – 43% из этого списка произведены фирмой IBM, 18% фирмой Sun – фирмой Gray.

2002 г.:

компания Sun планирует выпуск микропроцессора Ultra Sparc V с тактовой частотой 1,5 Ггц, изготовленного по 0,07 – микронной технологии компании Texas Instruments;

1 октября –

начало шахматного матча Каспаров – “Дип Джуниор”;

4 октября –

начало шахматного матча Крамник – “Дип Фритц”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электромеханические компьютеры - накануне

века электроники.

Предшественниками ЭВМ были электромеханические вычислительные машины, сочетавшие свойства механической вычислительной техники (выполнение операций с помощью перемещения в пространстве некоторого физического объекта, например зубчатого колеса) с одним из признаков электронной вычислительной техники (выполнение операций с помощью изменения тока или напряжения в электрических цепях). Рабочим элементом в этих машинах было электромагнитное реле, изобретенное в 1831 г. (В 1831 г. Джозеф Генри (США) и Сальваторе даль Негро (Италия) независимо друг от друга создали электромагнитный прибор с якорем, перемещающимся между полюсами магнита.). Время широкого применения электромагнитных реле охватывает первую половину XX века.

Впервые электромагнитное реле было применено в вычислительной технике американским изобретателем Германом Голлеритом (1860 - 1929). В 1887 г. Голлерит изобрел электромеханический табулятор. специальном устройстве - перфораторе. Идея применения перфокарт возникла у Голлерита при поиске способов ускорения обработки результатов переписей населения. Небезынтересно, что на эту идею Голлерита натолкнула пробивка компостером проездных билетов при их проверке на железнодорожном транспорте. Аналогичным образом, решил Голлерит, надо зафиксировать результаты переписи населения, а их обработку осуществить с помощью специального суммирующего устройства - табулятора.

С 1890 г. табуляторы эффективно использовались в США для подсчета результатов переписей населения. Первая Всеросийская перепись населения (1897 г.) также осуществлялась с помощью табуляторов Голлерита. В связи с этим изобретатель специально приезжал в Петербург.

В дальнейшем табуляторы и сопутствующие им машины (перфораторы, контрольники, сортировальные машины и др.) стали широко применяться в бухгалтерском учете, и к 1930 г. общее число счетно-аналитических комплексов (состоящих из табуляторов и сопутствующих устройств), установленных в США и в других странах, достигло 6-8 тыс. В 1931 г. фирма IBM начала выпуск табуляторов, приспособленных для выполнения операции умножения (в дополнение к операциям сложения и вычитания), а в 1934 г. - алфавитно-цифровых табуляторов.

На основе табуляторов в середине 30-х годов был создан прообраз первой локальной информационно-вычислительной сети. В универмаге г. Питтсбурга (США) была установлена система, состоящая из 250 терминалов, соединенных телефонными линиями с 20 табуляторами и 15 пишущими машинками. С терминалов передавались данные, отперфорированные на ярлыках, которыми снабжались продаваемые товары. Эти данные наносились на перфокарты, которые использовались для выписки счетов за покупки.

В 1934 - 1936 гг. немецкий инженер Конрад Цузе пришел к идее создания универсальной вычислительной машины с программным управлением и хранением информации в запоминающем устройстве. Только в 1937 г. ему стало известно, что эту основополагающую для вычислительной техники идею впервые выдвинул за сто лет до того английский ученый и изобретатель Чарльз Бебидж (1791 - 1871). Однако проект, разработанный Бебиджем, не был реализован, поскольку изобретатель располагал лишь механическими средствами. Конрад Цузе имел в своем распоряжении электромеханические средства, которые уже несколько десятилетий применялись в вычислительной технике (например, табуляторы), автоматических телефонных станциях и многих других технических системах. В 1939 - 1941 гг. Цузе, пользуясь финансовой поддержкой Германского авиационного исследовательского института, сконструировал машину Z - 3, которой суждено было стать первой программно-управляемой цифровой вычислительной машиной.

Машина, полностью выполненная на релейных схемах, работала в двоичной системе счисления и имела небольшую память емкостью 64 числа по 22 разряда каждое. Операция сложения выполнялась за 0,3 с, операция умножения - за 4 - 5 с.

Независимо от Цузе (и также не зная о проекте Бебиджа) к аналогичным идеям в 1937 г. пришел американский ученый Говард Айкен (1900 - 1973). В 1939 г. его проект получил финансовую поддержку корпорации IBM и в 1944 г. машина, получившая название MARK - 1, была построена. Мощность ее превышала мощность Z - 3, а скорость выполнения операций (но над 23 - разрядными десятичными числами, а не 22 - разрядными двоичными, как в Z - 3) была приблизительно такой же (0,3 с - сложение, 5,7 с - умножение). Машина весила 5 т, содержала около 760 тыс. компонентов, а общая длина проводников, соединяющих отдельные ее устройства и элементы, составляла около 800 км. MARK - 1 отличалась большой надежностью и эксплуатировалась в Гарвардском университете до 1959 г.

В 1945 г. Говард Айкен приступил к строительству машины MARK - 11, и в 1947 г. она была введена в строй. В машине использовалось 13 тыс. 6 - полюсных реле, она оперировала 10 - разрядными десятичными числами и выполняла их сложение за 0,2 с, а умножение - за 0,7 с.

Одновременно с Айкеном другой американский конструктор Джордж Стибиц, работавший в компании Bell, создал серию релейных вычислительных машин. Первая из них, Bell - I, была введена в эксплуатацию в 1940 г. и предназначалась для операций с комплексными числами. Машина была сконструирована из 400 телефонных реле. Она получила известность благодаря тому, что с ней в сентябре 1940 г. был проведен первый в мире эксперимент по управлению вычислениями на расстоянии. Из Ганновера (штат Нью - Хэмпшир) в Нью - Йорк, где была установлена машина, по телеграфу передавались два комплексных числа, которые затем автоматически вводились в Bell - I и перемножались; результаты вычислений передавались из Нью-Йорка по телеграфному каналу и воспроизводились в Ганновере печатающим устройством.

В 1943 г. была введена в эксплуатацию машина Bell - II, которая успешно работала до 1961 г. С ее помощью решались задачи интерполяции, некоторые задачи гармонического анализа, дифференциальные уравнения и т. д. . В 1944 г. была построена Bell - III, находившаяся в эксплуатации до 1958 г. Наиболее важная особенность этой машины - 100%-ный встроенный контроль ошибок. Машина имела перфоленточное управление, содержала множительное устройство, средства автоматического просмотра таблиц (записанных на бумажную перфоленту) и запоминающее устройство емкостью 10 десятичных пятиразрядных чисел.

Перечисленные малые машины серии Bell были специализированными. В 1946 г. Стибиц завершает постройку универсальной машины Bell - V (второй экземпляр был изготовлен в 1947 г.). Машина оперировала с 7 - разрядными десятичными числами и выполняла сложение и умножение (с плавающей запятой) за 0,3 и 1,0 с соответственно. В состав машины входило 9 тыс. реле, а весила она 10 т.

В то время когда продолжали создаваться машины на электромеханических реле, начались исследования в области электронной вычислительной техники. В 1930 - 1931 гг. К. Винн - Вильямс из Кавендишской лаборатории (Великобритания) разработал первые счетчики импульсов на тиратронах, предназначенные для устройств, регистрирующих заряженные частицы. В 1939 г. Дж. Атанасов (США) начал постройку первой ЭВМ. Однако эта работа, близкая к завершению, была прервана в 1942 г. из-за вступления США во Вторую мировую войну и переориентации Атанасова на военную тематику. В 1943 г. в Великобритании была построена узкоспециализированная ЭВМ Colossus, предназначенная для расшифровки перехваченных сообщений вермахта, закодированных с помощью немецкой шифровальной машины Enigma. Естественно, что работы по проекту Colossus, в которых принимал участие известный математик Алан Тьюринг, были строго засекречены.

Засекречен был и проект первой универсальной ЭВМ ENIAC, который в 1943 г. начала разрабатывать группа инженеров во главе с Дж. Маучли и Дж. Эккертом по заданию Армии США для составления артиллерийских таблиц. Машина вступила в строй в 1945 г., а ее первая публичная демонстрация и, соответственно, полное рассекречивание проекта имели место 10 февраля 1946 г.

В 1946 г. известный американский математик и физик Дж. фон Нейман предложил новый тип структуры универсальной ЭВМ, и с тех пор все машины строятся по этому типу. Фоннеймановская структура ЭВМ базируется на нескольких принципах, важнейшими из которых являются хранение машинной программы в запоминающем устройстве и последовательное выполнение команд в порядке, зафиксированном в программе. Первая ЭВМ с фоннеймановской структурой - EDSAC (конструктор М. В. Уилкс) была создана в Великобритании в 1949 г. Вслед за ней были введены в строй ряд машин подобного типа в США ив 1951 г. - первая советская ЭВМ МЭСМ (конструктор С. А. Лебедев).

В условиях появления первых ЭВМ разработка машин на электромеханических реле казалась уже неэффективной. Тем не менее их продолжали создавать, причем с применением электронных ламп. Такой, например, была гигантская лампово - релейная машина SSEC, построенная фирмой IBM в 1948 г. и содержащая 21,4 тыс. электромеханических реле и 13 тыс. электронных ламп. Благодаря большей емкости памяти эта машина была более пригодна для решения ряда задач, чем электронная машина ENIAC.

Еще некоторое время электромеханические реле продолжали привлекать внимание конструкторов из-за более высокой по сравнению с электронными лампами надежности.

Пример тому - последний крупный проект в области электромеханической вычислительной техники, выполненный в Советском Союзе. Его автором был Н. И. Бессонов (1906 - 1963) - специалист в области счетно - аналитических машин, внесший ряд усовершенствований в конструкцию табулятора. Машина, созданная по проекту Бессонова, получила название РВМ - 1 (релейная вычислительная машина). Ее разработка была начата в 1954 г., т.е. уже после создания в СССР ряда ЭВМ (МЭСМ, БЭСМ, М - 1, М - 2, "Стрела" и др.). Тем не менее проект РВМ - 1 был настолько удачен, что в некоторых случаях (при решении задач малой размерности, требующих для своего выполнения от 200 тыс. до 2 млн. арифметических операций) машина могла конкурировать с ЭВМ.

Особенно удобно было использовать РВМ - 1 при решении экономических задач, для которых характерны большой объем обрабатываемой информации и относительно малое число операций над данными. Кроме того, РВМ - 1 была очень надежной, в то время как ламповые ЭВМ надежностью, как известно, не отличались.

Машина эксплуатировалась в течение восьми лет - с 1957 по 1965 г., что делает честь ее конструктору (за это время появились более мощные и надежные ЭВМ). Из работ, выполненных на РВМ - 1, можно отметить пересчет цен на товары в связи с денежной реформой 1961 г.

Что же представляла собой РВМ - 1? Она содержала 5500 электромеханических реле и обладала очень высоким для релейных машин быстродействием. Так, операция умножения двух 33 - разрядных (27 разрядов - мантисса и 6 разрядов - порядок) двоичных чисел с плавающей запятой выполнялась за 50 мс. Быстродействие РВМ - 1 было на уровне быстродействия первых малых ЭВМ (МЭСМ, 1951 г. - 50 операций/с; "Урал". 1954 г. - 100 операций/с; М - 3, 1957 г. - 30 операций/с). Ускорению решения задач существенно способствовало наличие постоянной памяти, в которой были широко представлены табличные функции и константы. Некоторые усовершенствования, внесенные Бессоновым в проект машины РВМ - 1, были позднее использованы им при проектировании ЭВМ.

Машину РВМ - 1 можно рассматривать как созданную на пределе возможностей электромеханических реле. Электронные лампы и другие электронные приборы обладали колоссальным преимуществом - они обеспечивали очень высокую скорость вычислений. Это обстоятельство оказалось решающим в переходе от электромеханических вычислительных машин к электронным.

Игорь Апокин

 

Глава 1. Artificial Intelligence-социальный заказ человечества.

БЕСПРЕДЕЛЕН ЛИ ЧЕЛОВЕК?

Думающий человек не может не ощутить трепета, пытаясь заглянуть в будущее. Должен признаться, что для меня эмоционально привлекательна картина будущего в духе советских писателей-фантастов типа Ивана Ефремова: на Земле вечно пребывают существа красивые, умные, добрые, здоровые, счастливые и, главное, неизменно похожие на Меня; с каждой следующей эпохой они чувствуют тоньше, мыслят глубже, поступают благороднее, выглядят привлекательнее, и все — в полном согласии со сложившимися у Меня эталонами блага и красоты.

К сожалению, такая эгоцентрическая футурология имеет не больше научных оснований, чем геоцентрическая астрономия. Приходится признать, что этот мир строился не мной и не по моим проектам, а его реальное развитие — не “восхождение ко Мне” (по Ж.-П. Сартру), но восхождение через Меня из прошлого в будущее. Будущее же, как и прошлое, чревато качественно новыми реалиями. Предвидеть их, ориентировать в пространстве альтернатив, предотвращать шоки, фрустрации, импульсивные решения — задача научной прогностики.

XXI век, вероятнее всего, станет последним веком собственно человеческой истории, — то есть стадии универсальной эволюции, определяющим субъектом которой является человек в его качественной определенности, — и вопрос лишь в том, чем эта история завершится. Попробуем без экзальтации представить возможные сценарии дальнейшего развития человечества.

По большому счету таких сценариев три.

Первый, самый простой,— физическое самоуничтожение, замыкание планетарного эволюционного цикла. Этот сценарий отнюдь не фантастичен и может осуществиться по целому ряду конкретных вариантов: тотальный ядерный конфликт, глобальная экологическая катастрофа (связанная, в частности, с неконтролируемым ростом населения), генетическое вырождение... Сегодня наступление негативных тенденций настолько опережает созревание позитивных, что некоторые серьезные исследователи считают иллюзорной надежду на выживание планетарной цивилизации в горниле XXI века.

Второй сценарий не намного соблазнительнее — возврат цивилизации к доиндустриальным формам существования на фоне религиозного ренессанса. Это предполагает затяжную войну, в которую были бы так или иначе вовлечены едва ли не все регионы планеты, но применения новейших боевых средств удалось бы избежать (как обошлось без взаимных химических атак во Второй мировой войне). В такой войне от оружия, голода, эпидемий население Земли сократилось бы не менее чем на 90 процентов. Последнее неизбежно еще и потому, что доиндустриальное хозяйство не способно прокормить больше народа, и потому, что в развитых странах столетиями ограничивался естественный отбор, население было поставлено в сильную зависимость от современной медицины, жизненных стандартов и так далее. Впрочем, этот сценарий наименее правдоподобен — вероятнее всего, он рано или поздно свелся бы к предыдущему.

Наконец, третий сценарий, наиболее привлекательный, но тоже очень далекий от идиллии. Это сценарий “прогрессивный”, и как таковой он концентрированно воплощает все пороки прогрессивного развития: будучи средством выживания природы и общества, прогресс всегда создает больше новых проблем, чем решает прежние.

Что значит на сей раз, “прогресс”, “вперед”? Что может ждать человечество в том случае, если оно избежит военного, экономического, генетического коллапса?

Увы, при всех раскладах грядущим счастливцам не светит то безоблачное будущее, что рисовалось вдохновенными идеологами Нового времени и нашей фантастикой. Сегодня можно в некоторых чертах “просчитать” те трудные проблемы, какие непременно встанут перед людьми в случае, если удастся направить события по оптимальному руслу. Но прежде позволю себе краткий (хотя и очень далекий) исторический экскурс, дабы еще раз сконцентрировать ваше внимание на одном нетривиальном свойстве прогрессивного развития как такового.

Прежде всего, следует отметить, что все прежние эволюционные кризисы в отношениях между природой и обществом разрешались очередным расширением дистанции между ними. Соответственно исторически сменявшие друг друга типы цивилизаций последовательно удаляли человека от естественного состояния. Присваивающее хозяйство палеолита (охота, собирательство) естественнее производящего, земледелие и скотоводство естественнее промышленности, индустриальное производство естественнее информационного. Сказанное относится, конечно, не только к способам хозяйствования, но и ко всей системе нашего бытия. Таким образом, отношение людей к миру все более опосредовалось усложнявшимися материальными технологиями, организационными связями и мыслительными процедурами и становилось все более “искусственным”.

Признав данный факт, некоторые ученые стали утверждать, что поздние гоминиды с непропорционально развитым мозгом, механически невыгодным положением тела и так далее вообще противоестественны. В известном смысле с этим можно согласиться. Но вот выводить отсюда, будто человек — патология природы, “червь в плоде”, ошибка эволюции, ее позор и прочее в том же духе, станет только тот, кто не дает себе труда заглянуть подальше и поглубже.

Если под “естественным” понимать наиболее вероятное (по сути — энтропийное) состояние вещества, то оказывается, что уже сам по себе живой организм — крайне маловероятная, внутренне асимметричная молекулярная организация, активно сохраняющая неравновесие с внешней средой,— достаточно противоестествен. И мысленно поднимаясь по лестнице геологических эпох, мы на каждой ступени обнаруживаем все более разнообразные, сложно организованные, далекие от равновесия с физическим миром формы жизни. Миллиарды лет биосфера последовательно удалялась от наиболее “естественного”, равновесного состояния. До тех пор пока в ней не образовалась экологическая ниша для субъекта, так же радикально противопоставившего себя при помощи искусственных средств (культуры) остальной природе, как сама живая природа противостоит “косной” среде.

Тогда, может быть, правы те, кто считает самое жизнь патологией, признаком старения и болезни Вселенной, “раковой опухолью на теле Материи”?

Но давайте заглянем еще дальше. Геофизики утверждают, что и до возникновения жизни эволюция двигалась “по пути все большего удаления природных минеральных объектов (по составу и структуре) от усредненных по земной коре” (В. С. Голубев). Формировалась подвижная зона оруднения с признаками устойчивого неравновесия относительно окружающей среды и соответствующими механизмами защиты от уравновешивающего внешнего давления. Иначе говоря, здесь также прослеживается вектор изменений от более вероятной к менее вероятной организации вещества.

Отбросим сразу и подозрения в адрес Земли как “аномального” космического объекта. Задолго до рождения нашей планеты в недрах звезд первого поколения синтезировались маловероятные, но устойчивые композиции атомов, составляющие основу органических молекул (по словам одного известного английского астрофизика, “наши тела состоят из пепла давно угасших звезд...”). Наконец, согласно “стандартной” космологической модели — это наиболее принятая в сегодняшней космологии версия истории Метагалактики,— уже в первые секунды после Большого Взрыва начался синтез нуклонов из “моря кварков”. Трудно себе представить, что даже атомарность вещества — не единственное из возможных состояний Мироздания, хотя только оно могло обеспечить существование во Вселенной органических молекул и всего, что с ними связано.

Зная все это, примем ли мы постулаты об одряхлении Вселенной, о патологичности жизни, цивилизации, технологического пути развития? Чуть ли не с момента своего возникновения наш мир становился все более невероятным, а эволюционный вектор “удаления от естества” настолько универсален, что легче поверить в наличие предвечного замысла, нежели выставить человека вселенским выродком. Поразительно, например, совпадение физических свойств Вселенной, каждое из которых абсолютно необходимо для эволюции в сторону белково-углеводных форм жизни. Пытаясь понять причины этого обстоятельства, астрофизики в числе прочих обсуждают “сильный вариант” антропного космологического принципа: Метагалактика — грандиозная лаборатория, искусственно созданная каким-то Сверхинтеллектом для экспериментальных задач.

Я вспомнил об этой телеологической версии, чтобы показать, что наличие сквозного эволюционного вектора с элементами “денатурализации” бросается в глаза не только философам, но и профессиональным естествоиспытателям. Большинство астрофизиков, конечно, стараются обойтись без допущений об экспериментирующем Сверхинтеллекте, продолжая работать в рамках научной парадигмы. Но при различии концептуальных решений сам антропный принцип, утверждающий предрасположенность физической Вселенной к развитию жизни и разума, общепринят в новейшей космологии.

Коль скоро вектор “удаления от естества” пронизывает историю общества, живой природы. Земли и Вселенной в ретроспективе, то логично распространить его и на перспективу. С этих же позиций приходится рассматривать и обозримое будущее цивилизации на крутом эволюционном витке. Тогда мы легче поймем, чем предстоит на сей, раз расплачиваться человеку за новые достижения прогресса.

Многие исследователи отмечают как одну из глобальных проблем экспоненциальное накопление генетического груза. Среди причин, запустивших и поддерживающих этот необратимый процесс, едва ли не главная — эффективная забота общества о каждой человеческой жизни. Однако вряд ли сейчас найдутся откровенные сторонники восстановления в правах естественного отбора с упразднением медицины, намеренным снижением жизненных, гигиенических стандартов, обречением слабых, больных на произвол судьбы. Но тогда люди могут противопоставить тенденции генетического вырождения только дальнейшее совершенствование технологий.

А это — генная инженерия, трансплантация и искусственные органы, количественное и качественное регулирование демографического воспроизводства, прогноз и отбор генотипов на предзачаточной стадии, вспомогательные, в том числе внеутробные, средства вынашивания плода... Уже ведется речь о таких способах продления активной индивидуальной жизни, как консервация клеток юного организма с последующей имплантацией в постаревший организм, в перспективе — о переносе “мэонных реплик сознания” на искусственно выращенные органические структуры (аналог бессмертия души?) и о многом другом.

Некоторые из обсуждаемых и разрабатываемых средств настоятельно необходимы для выживания рода; другие выглядят как “роскошь”, которая всего через сотню лет может стать такой же повседневностью, какими для нас с вами являются современная медицина, транспорт, электронные средства связи. Не обходится, наверное, и без фантастики, хотя кто способен вынести окончательный вердикт? Во всяком случае, дальнейшее развитие цивилизации сопряжено с углубляющимся вторжением интеллекта в стихию природных процессов, теперь уже вплоть до самых интимных основ бытия.

То, что такая перспектива чрезвычайно увеличивает опасность ошибок, злоупотреблений и требует адекватного совершенствования социального контроля, роста индивидуальной ответственности, не нужно специально доказывать. Однако у данной проблемы имеется и другая сторона. Человек впервые становится существом, способным целенаправленно созидать свою телесную основу. И кто знает, в какой мере и, до каких пор обладатель организма, освобождающегося от диктата генетических программ, по своим внешним и, главное, душевным качествам будет отвечать нашему с вами представлению о “человеке”...

И это, судя по всему, не единственная коллизия, с которой предстоит столкнуться нашим потомкам в том случае, если события станут развиваться по оптимальному — “прогрессивному” — сценарию. Еще более трудная коллизия связана с тем, что в жизнеобеспечении стремительно усложняющегося, динамичного, технологически могущественного общества будет, неуклонно расти роль автоматизированных систем хранения и переработки информации. Их внедрение во все сферы социальной активности — необходимое условие для того, чтобы коренным образом повысить удельную эффективность производственных технологий, предотвращать и смягчать потенциальные политические конфликты, блокируя кровопролитные формы их разрешения. В целом эта усиливающаяся тенденция образует мощный антиэнтропийный фактор, стержневую предпосылку преодоления глобальных кризисов, в перспективе — очередной прорыв в вечной борьбе разума против разрушения и смерти. Но и стоить эта победа будет недешево...

Еще на заре кибернетики крупнейший математик Дж. фон Нейман теоретически доказал, что количественное наращивание мощности и быстродействия ЭВМ рано или поздно приведет к непредсказуемым, а потому и неподконтрольным качественным эффектам. А в середине 80-х гг. немецкий ученый В. Циммерли, обобщив опыт развития информационных технологий, заметил, что эта тенденция принимает уже вполне реальные очертания:

контроль за функционированием компьютерных сетей может быть обеспечен лишь посредством еще более сложных систем, и, таким образом, искусственный интеллект неуклонно обособляется от естественного.

Имеются и более специальные аргументы за то, что самообучающаяся система с рефлексивной семантической моделью мира, квазипотребностными механизмами автономного целеполагания, способная оценивать успешность действий, отношение между общими и частными задачами, испытывать аналоги удовлетворенности и неудовлетворенности и так далее, не вечно будет оставаться “машиной” в привычном понимании этого слова. Вполне реальна и перспектива внедрения в электронную конструкцию специально выращиваемых генетиками белковых молекул (биочипов), что ускорит искусственное формирование сенсорных механизмов.

Профессиональные программисты по-разному оценивают складывающуюся ситуацию. Одни уверены в том, что компьютерная программа всегда останется не более чем орудием, средством общения, усовершенствованным письмом. Другие говорят, что, чуть ли не любая операция ЭВМ уже является “мышлением”. Третьи — как, например, крупный специалист по мобильным работам из университета Карнеги (США) — заявляют: “Недалек тот час, когда наши механические рабы обретут душу”. Едва ли кто-либо способен в точности указать момент, когда у искусственного творения человеческого ума обозначится собственное субъектное качество — суверенное отношение к миру и к человеку.

Каким бы термином мы ни зафиксировали это новое качество, его формирование ознаменует начало совершенно нового этапа в развитии цивилизации, разума, Вселенной. Переход к информационной цивилизации — очередной и, как всегда, небезболезненный шаг на последовательном (бесконечном?) пути “удаления от естества”. И носителем такой цивилизации по мере ее развития будет становиться все более “странный” субъект. Нарастающее теперь противоречие между человеком и искусственной средой — логическое продолжение оформившихся на прежних стадиях противоречий между живой и неживой природой, между цивилизацией и биосферой.

О том, что высокоразвитые космические цивилизации могут иметь искусственное происхождение, неоднократно писали такие авторитетные ученые, как И. С. Шкловский, Н. С. Кардашев и другие. При этом, однако, выступление на эволюционную арену производных форм разума полагалось делом очень далекого будущего. Между тем темпы развития нынешних тенденций заставляют говорить не о “миллионах лет”, а о десятилетиях. Судя по всему, отношение между естественным и искусственным интеллектом — новое испытание человека на терпимость — станет одной из ключевых проблем уже XXI века.

Остается надеяться, что поколения, успевшие пройти через горнило нынешних кризисов, будут готовы к такому повороту событий. Человек, растущий как личность в постоянном контакте с компьютерами, сознающий, что само формирование его здорового организма не обошлось без участия лазерного луча, что его телесный комфорт и жизненная перспектива обеспечиваются чутким контролем технологических систем, станет психологически восприимчивее к необходимости субъектных отношений с искусственной средой. А встречное развитие поступательных тенденций — “денатурализация” живого тела (генная и прочие технологии) и включение биотических компонентов в компьютерные сети, дальнейшее освобождение человеческого мышления от диктата природных программ и “психологизация” искусственного интеллекта, ассимиляция им духовного опыта человечества — должно обеспечить становление симбиозных типов цивилизации с перспективой их последующей динамики...

Итак, реалистические сценарии сопряжены с катаклизмами, которые, возможно, приведут к завершению эволюционного цикла на планете. Впрочем, и варианты нереалистические, но все же опирающиеся на данные современной науки, мало обнадеживают.

Палеонтологи утверждают: более 99 процентов существовавших на Земле зоологических видов по разным причинам вымерли еще до появления человека. Продолжительность существования любого вида ограничена генетическими законами и обратно пропорциональна морфологической сложности организма. По расчетам академика Н. П. Федоренко и профессора Н. Ф. Реймерса, если отвлечься от влияния разумной деятельности на будущие события (в этом и состоит элемент нереалистичности), то виду неоантропов теперь “за сорок” и в лучшем случае предстоит срок жизни порядка 30—40 тысяч лет. Имеется, впрочем, и более жесткий расчет, который построен на посылке, что непропорционально развитый неоантроп представляет собой “ошибку природы”, и оставляет ему от 20 до 50 поколений жизни.

Да и биосфера в целом, как теперь выяснилось, подчинена конечному геологическому циклу. Думать, будто все ее беды проистекают от человеческих действий, значит профанировать реальное положение вещей. Тенденция к глобальному экологическому коллапсу началась около 100 миллионов лет назад, когда человека не существовало и в помине: с затуханием вулканической активности планеты стало сокращаться содержание углекислоты в атмосфере, и продуктивность биоты стала падать. Падение продуктивности до нуля должно произойти в пределах последующих трех-четырех миллионов лет. По планетарным масштабам, это мизерный срок, так что, говоря словами известного эколога М. И. Будыко, появление человека на Земле застало “последние геологические секунды” умирающей биосферы...

Таким образом, мысленно отсекая неизбежное вмешательство интеллекта в ход событий, мы видим весьма тусклую перспективу и для всей жизни на планете. То, что интеллектуальное вмешательство способно приблизить катастрофу, сегодня очевидно для всех. Вместе с тем только оно дает шанс освободить эволюционный процесс от пределов, навязанных естественными законами, обеспечить безграничную перспективу развития.

А теперь задумаемся: какая из задач способна вдохновить в большей степени человечество — временная отсрочка неминуемого конца или перспектива практически безграничного развития ценой перерастания истории в новое, “послечеловеческое” качество? Вопрос сей отнюдь не риторический, ибо в нынешнем состоянии человечество вряд ли дотянет до своей “естественной смерти”, во всяком случае, такой путь сопряжен с мучительными катастрофами.

Современная наука, выявляя сквозные векторы развития и раскрывая механизмы творчества, дает основание считать перспективы цивилизации потенциально беспредельными. Временные ограничения, накладываемые на ее существование естественными законами биологии, геологии и космологии — от сотен до сотен миллиардов лет! — снимаются тем обстоятельством, что развитие Вселенной происходит по вектору “удаления от естества”. Соответственно прогнозы, построенные на сугубо физикалистических экстраполяциях, хотя сами по себе интересны и полезны, но недостоверны по существу, поскольку игнорируют решающее влияние на ход событий “привходящего” интеллектуального фактора. Теоретически положительное решение вопроса о возможности бесконечного развития цивилизации предельно заостряет другой вопрос: сумеет ли наша земная цивилизация этой потенциальной возможностью воспользоваться?

Ядро цивилизации при любых метаморфозах составляет духовная культура, а ее действительное содержание образуется совокупным опытом миллиардов живших и живущих людей. Пока длится культура, в ее смысловом поле присутствует каждый, кто как-то действовал, думал, страдал, радовался и творил. Со смертью культуры прекратится бытие не только современников Апокалипсиса, но и всех предшествующих поколений. Неограниченное продолжение цивилизации, культуры, разума — какие бы трасформации ни претерпевали они по мере развития — единственно реальный путь к бессмертию личности. Рискну утверждать, что нет такой цены, какой бы эта цель не заслуживала...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. ПРОТОТИПЫ

ПРОЕКТ “ВЕЛЗИ”

6 марта 1962 года в небольшом городке Ливермор - Фолс, штат Мэн, лаборатория кибернетики Янсфилда приступила к выполнению особого проекта по заказу правительства США. Проект ставил перед собой амбициозную цель - создание искусственного интеллекта. Тогда, в 1962 году, казалось, что научить мыслить электронно-вычислительные машины, пробудить в них сознание - дело ближайших лет.

У фирмы “Харсфилд” была приобретена последняя модель ЭВМ новой, передовой архитектуры “гамма - четыре”, позволявшей, по утверждению разработчиков, многократно увеличить производительность вычислительной системы и, при необходимости, масштабировать саму ЭВМ.

Возглавляли проект доктор Властимил Ерничек, чешский эмигрант, и Леонард Зарков. Поэтому вместо длинного, неудобопроизносимого и засекреченного названия проекта в обиходе пользовались - аббревиатурой “Велзи”.

Для программирования ЭВМ использовался специально созданный язык “лингво”, способный при написании программ оптимизировать преимущества новой архитектуры.

Задачей номер один - по очередности, а не по значимости - было прохождение испытания Тьюринга. Испытание (тест) заключалось в следующем: в ряде диалогов “человек - человек” и “человек - ЭВМ” собеседник не должен был отличить ЭВМ от человека.

Обучить машину человеческой речи (вернее, письму, диалог проводил в письменной форме) оказалось не самой сложной задачей. Гораздо труднее было смоделировать сам процесс человеческого мышления.

Поначалу ЭВМ выдавала всяческую чушь, обрывки из произведений классиков, которыми обильно потчевали машину. Затем настал черед “детского лепета”, где в ответ на вопросы машина отвечала коротенькими, плохо согласованными, но все-таки осмысленными предложениями.

Переломным этапом эксперимента “Велзи” считают 18 декабря 1962 года, когда машина стала оперировать понятием “я”.

“Я должна быть больше” и “Я должна знать больше” - этими двумя фразами машина завершала ответ на любой вопрос.

Ерничек и Зарков решили, что машине для дальнейшего развития требуются новые блоки, о чем она и пытается сообщить.

Каждый килобайт памяти в 1963 году стоил изрядно, но проект имел приоритет развития - отставая от СССР в освоении космоса, США старались закрепить свое преимущество в области кибернетики. Дополнительные ассигнования поступили вовремя. Закупка необходимого оборудования утолила аппетит “Велзи” (название проекта перешло на саму ЭВМ), и машина смогла пройти “испытание Тьюринга”. По заключению специалистов, она вела диалог на уровне, соответствующем интеллекту тринадцатилетнего подростка.

Следующим этапом проекта было создание “электронного советника”. Машина должна была обрабатывать информацию в какой-либо определенной области и давать заключение простым, доступным языком. Сначала в машину вводили информацию спортивного характера, пытаясь получить предсказания исхода боксерских поединков и бейсбольных матчей. Первые результаты обескураживали. Никто бы не смог сделать состояние в тотализаторе, используя данные “Велзи”. Анализируя причины ошибок, сама машина пришла к выводу о неполной своей информированности. Ей требовалась, помимо антропометрических сведений, данных о состоянии здоровья спортсменов, результатов спортивных тестов и т.п., информация частного характера. Например, машине нужны были тексты телефонных разговоров спортсменов и их менеджеров. Подобное требование означало, что “Велзи” самостоятельно пришла к выводу о существовании коррупции в спортивном мире!

Разумеется, разрешение на прослушивание было получено - в начале 1963 года права человека в Америке блюлись куда менее рьяно, чем 20 лет спустя. Хотя, во избежание скандала, прослушивали телефоны только третьестепенных боксеров. В итоге, верно, был предсказан итог одиннадцати поединков из двенадцати!

Подобный успех помог выбить новые дополнительные ассигнования на работу над проектом. Что любопытно - ЭВМ сама указала на свои слабые места. Четыре миллиона долларов (а миллион 10 февраля 1963 года был куда больше миллиона нынешнего) выделили под новое задание, заказчиком на сей раз, являлось ЦРУ. Лаборатории предлагалось составить программу, с помощью которой можно было бы предсказывать поведение людей. Разведчиков интересовали не люди вообще, а конкретная личность, Фидель Кастро.

Машине “скармливали” многочасовые речи кубинского лидера. Обработав их, “Велзи” сочла необходимым изучение эмоциональной составляющей выступлений, для чего был создан и подключен звуковой анализатор речи. Сотрудники лаборатории регулярно беседовали с — Велзи”, которая, сопоставляя интонации и содержание бесед с данными детектора лжи (согласно правилам, к детектору сотрудники подключались только с их согласия), создавала базу данных человеческого поведения. Микрофоны установили и во всех помещениях лаборатории для постоянного сбора образцов человеческой речи.

В мае 1963 года “Велзи” составила психологический портрет лидера кубинской революции, в котором Кастро описывался в степенях самых превосходных, а на графиках его показатели интеллекта, убежденности в правоте дела, настойчивости и способности управлять страной занимали верхние позиции (разумеется, в сравнении с сотрудниками лаборатории).

Следующее задание было помечено грифом “особая секретность”. В нем предлагалось разработать сценарии ликвидации Фиделя Кастро. И здесь эксперимент вышел из-под контроля. “Велзи” обрабатывала информацию — планы резиденции Кастро, графики его перемещения, тексты и записи его новых речей (благо радио Гаваны транслировало их регулярно). Изучалась история покушений, начиная с Юлия Цезаря, рассчитывались баллистические данные, методы охраны государственных лиц и пути ее преодоления.

Одновременно с этим сотрудники лаборатории, и, прежде всего Ерничек и Зарков, стали получать от машины особые поручения, которые выполняли, не фиксируя их в соответствующих документах. Как, почему они пошли на это, стало ясно позднее.

Одно из заданий - создание в лаборатории тотализатора (“боксерской кассы”). Используя прежние навыки, машина выдала ряд предсказаний по поводу боксерских матчей, анализируя радио - и телеинтервью боксеров и их менеджеров, а сотрудники лаборатории делали ставки - и весьма успешно. Затем машина расширила круг обследуемых. В лабораторию сотрудники приводили членов семей, друзей и знакомых и, под предлогом проведения психологических экспериментов и социологических опросов, подключали их к детектору лжи и снимали электроэнцефалограмму во время письменного диалога с “Велзи”. При этом никто не подозревал, что диалог ведет ЭВМ. Машина поглощала массу газет, центральных и местных, изучала юридическую литературу и прочие, казалось бы, далекие от поставленного задания области.

Соображения ЭВМ по поводу ликвидации Фиделя вышли неутешительными. Машина заверяла, что вероятность успешного осуществления покушения не превышает пятнадцати процентов, вероятность же разоблачения причастности спецслужб Соединенных Штатов была практически стопроцентной. В последнем не было ничего удивительного - Куба любую неприятность объясняла происками американского империализма. Удивительными были сценарии покушения, более напоминавшие сюжеты боевиков. Предлагалось угостить Фиделя Кастро отравленной сигарой, подарить ему зараженного бешенством кота, создать радиоуправляемого робота-мышонка, который бы в себе нес шприц с цианистым калием... Эксперты ЦРУ не скрывали разочарования и предложили своему ведомству прекратить дальнейшее финансирование программы. “Толковый оперативник стоит дюжины вычислительных машин, да и аналитик из нее аховый”, - сказал Владимиру Ерничек, представитель заказчика.

Без ассигнований спецслужб Велзи” могла продолжить существование самое незавидное. Тем не менее руководители лаборатории не испытывали пессимизма, напротив, все окружающие отмечали исключительную бодрость духа и высокую работоспособность всех участников проекта. Мысль о закрытии лаборатории просто не приходила им в голову. Они проводили на службе по 10 - 12 часов без праздников и выходных дней. Работа щедро оплачивалась из “боксерского фонда”, и потому домашние стойко переносили трудоголизм работников лаборатории Янсфилда, продолжая, по мере необходимости, участвовать в различных тестах.

Более того, к тестированию стали приглашать все больше и больше как жителей Ливермор - Фолса, так и обитателей других регионов Америки. Люди приглашались для “составления психологического портрета нации”. Лаборатория оплачивала дорогу и проживание, а также небольшой гонорар - все из “боксерской кассы”. Одни проводили в специальной “опросной комнате” полчаса - час, другие долгие часы, третьи задерживались на несколько дней.

К последним относился и житель Техаса, проведший в лаборатории пять дней и получивший за это, помимо оплаты счетов и некоторых иных расходов, сто семьдесят долларов - впрочем. 16 ноября 1963 года это были приличные деньги для скромного служащего школьного книгохранилища.

22 ноября 1963 года этот служащий, Ли Харви Освальд, выстрелами из винтовки смертельно ранил президента Соединенных Штатов Америки Джона Ф. Кеннеди и серьезно задел губернатора штата Техас Джона Б. Коннали. После стрельбы, спрятав винтовку, он зашел домой, переоделся и вновь вышел на улицу, на сей раз вооруженный пистолетом. Его странный вид првлек внимание полицейского Дж. Типита, который остановил Освальда намереваясь справиться о его здоровье. В ответ Освальд произвел четыре выстрела, уложив полицейского наповал, и попытался скрыться в близлежащем кинотеатре, где и был задержан.

Через два дня Ли Харви Освальд был убит на глазах у миллионов телезрителей владельцем ночного клуба Джеком Руби.

Следствие, исследуя прошлое обоих убийц, установило, что каждый из них посещал находящийся на другом конце страны городок Ливермор - Фолс. В следовательской группе, отрабатывающей, среди прочих, и “кубинский след”, оказался эксперт, дававший оценку проекта “Велзи”. Ему и пришло в голову связать Освальда, Руби и лабораторию Янсфилда воедино.

Сотрудникам следственной комиссии не составило труда добыть свидетельства о том, что оба, и Освальд, и Руби, посещали лабораторию. Следователь 0'Коннел посетил лабораторию, где ему были представлены данные психологических тестов и продемонстрирована сама процедура тестирования. По возвращении 0'Коннел написал рапорт, в котором утверждал, что случившееся - чистое совпадение, и ни Освальд, ни Руби не имеют к лаборатории никакого отношения.

Тем не менее, один из руководителей следственной комиссии, Рей Брэдли, счел рапорт неполным. Во главе группы спецагентов он без предупреждения нагрянул в лабораторию и первым делом попытался отключить “Велзи” от питания.

Сотрудники лаборатории оказали сопротивление, представителям власти, открыв стрельбу из револьверов и убив двух специальных агентов. В ходе следующего штурма все они, включая руководителей проекта Ерничека и Заркова, застрелились.

Тщательно исследовав оставшуюся документацию, группа Брэдли пришла к потрясающему выводу: убийство президента Соединенных Штатов Америки спланировала и провела электронная вычислительная машина “Велзи”!

Получив задание устранить Кастро, искусственный интеллект всесторонне изучил проблему, и сделал вывод, что это - преступное деяние, направленное не только против независимого государства Куба, но и противоречащее законам самих Соединенных Штатов. Следующим выводом электронного мозга было то, что правительство США проводит политику, противоречащую интересам народа, и потому должно быть свергнуто. В соответствии с этим “Велзи” подготовила покушение на президента и провела его в жизнь.

В ходе диалогов с участниками программы, сотрудниками лаборатории, членами их семей, а также привлекаемыми волонтерами машине удавалось осуществить то, что сейчас называется нейролингвистическим программированием. Машина подчинила себе волю разум всех участников проекта, начиная от Ерничека и Заркова и кончая Освальдом и Руби.

Материалы, полученные группой Брэдли, были сенсационными, скандальными и - политически неприемлемыми. Получалось, что бесстрастный электронный разум вынес приговор не только правительству, а и всему строю Соединенных Штатов Америки. Потому их утаили от общественности, и комиссия Уоррена приняла версию, будто убийство Кеннеди - дело рук фанатика - одиночки.

Смерть сотрудников лаборатории представили как массовое самоубийство сектантов, абсолютно не связанное с выстрелами в Далласе.

Последствия оказались фатальными для развития кибернетики. Наука получила - сокрушительный удар. Были отвергнуты высокоуровневые языки программирования типа “лингво” и вычислительные устройства сложной архитектуры “гамма - четыре”, разорена фирма “Харсфилд”. Напротив, зеленый свет получили примитивнейшие решения типа “альфа” и “х86” - налоговые льготы и протекционистская политика привели к тому, что именно эти процессоры доминируют на рынке.

Сегодня уже никто не помышляет всерьез об искусственном интеллекте, поскольку современные Процессоры, при всем их фантастическом быстродействии, способны мыслить не больше, чем арифмометр или утюг. Любопытно, что после известного покушения на Л. Брежнева в 1969 году проектирование ЭВМ в Советском Союзе было взято под особый контроль, и, в конце концов, многообещающие отечественные многопроцессорные ЭВМ “Эльбрус”, “БЭСМ - 6” и другие оказались “похоронены”.

Соломон НАФФЕРТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Компьютерные психотехнологии -

кульминация

развития человечества

 

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ сегодня проникают в самые разные области человеческой деятельности. Добрались они и до нашей психики. Главный редактор PC Week/RE Эдуард Пройдаков и обозреватель Сергей Бобровский — знакомят читателей с директором Института психотехнологий, академиком Российской академии естественных наук Игорем Викторовичем Смирновым — человеком, которого на Западе окрестили "отцом психотропого оружия".

PC WEEK: Игорь Викторович, расскажите, пожалуйста, о направлениях исследований вашего института.

ИГОРЬ СМИРНОВ: Мы занимаемся разными вещами, среди которых можно выделить два основных направления — компьютерные психотехнологии и психоэкология. Психотехнологии — это инструменты, а психоэкология — научная часть наших работ. В этом году выйдет расширенное издание книги "Психоэкология", она выложена на нашем сайте www.psyror.ru

PC WEEK; А вы могли бы немного пояснить, что такое компьютерные психотехнологии? И. С.: Я считаю, что компьютеры именно для психологии и предназначены. У человека есть память — набор семантичеcких элементов, как и в компьютере или книге, только на бумаге она неизменна, а в человеке нелинейна, нестационарна, динамична, многомерна. За свою историю человечество пыталось с этой памятью как-то работать — путем психоанализа, медитативных психотехник... И только с появлением компьютеров что-то стало более-менее удаваться. За рубежом этим занималась группа Н. Shevrin в Мичиганском университете, а у нас — изначально в лаборатории психокоррекции 1-го Медицинского института им. И. М. Сеченова, которую я возглавлял. Тогда все чиновники возмущались, — какой страшный термин! Потом появились и другие: "психотехнология", "психоэкология", придуманные мною в свое время. Сейчас в нескольких местах этими направлениями занимаются бывшие мои сотрудники, а в Интернете идет спор об авторстве терминов.

Психотехнологии — это инструментальные, аппаратные способы залезть человеку в душу, что-то оттуда вынуть, что-то узнать, прочитать и, с другой стороны, что-то туда вложить, причем в обход сознания. Я знаю, компьютерщики нередко склонны к мистике, но здесь все это предельно просто — наши исследования основаны на общеизвестном бихевиоральном принципе "стимул — реакция".

Первое наше направление в психотехнологиях называется "психозондирование". Человеку предъявляется множество семантических символов (слов или образов), и регистрируется эквивалентное им количество быстрых реакций, например реакций мозга и ряда других. Фиксация медленных реакций не подходит по техническим причинам. Важно, что это делается в обход сознания, как пациента, так и врача, благодаря чему устраняется его искажающее влияние и добываются объективные сведения. Потом выполняется несложный статистический анализ, и в результате мы получаем информацию о сущности данного биообъекта. Вот передо мной распечатка короткой и простой процедуры исследования нашей пациентки.

Работающим с ней специалистам было интересно ее отношение к некоторым сферам бытия — к компьютеризации, криминалу, наркотикам, к собственной личности и т. д. Список таких вопросов назначается врачом. В результате мы выясняем, что для пациента подсознательно сверхзначимо такое понятие, как, например, любовь. С точки зрения психоанализа это означает дефицит любви. Так же можно узнать отношение к конкретному преступлению. Задаем утверждение "я тогда-то украл столько-то денег" — и получаем соответствующую реакцию, по которой можно судить о причастности или непричастности человека к преступлению.

Отсюда возникают сразу две практические области применения психозондирования. Первое — это психоаналитическое направление. Если обычный врач, психоаналитик или психолог, как правило, долго, говорит с пациентом, проделывает разные изощренные процедуры, чтобы добыть истину, понять суть болезни, то теперь достаточно провести всего одну получасовую процедуру с помощью компьютера. Объем информации, который мы вынимаем из головы, примерно эквивалентен объему, получаемому врачом за три месяца ежедневной кропотливой работы.

PC WEEK: Существуют популярные наборы психологических тестов - насколько их идея схожа с вашими подходами?

И. С.: Ничего общего здесь нет. Например, тест MMPI был создан в 1947 г. для опроса сельских жителей штата Миннесота. Американцы официально от него давно отказались, а у нас он до сих пор продается по 100 долларов. Сама идея подобных тестов нелепа, — ведь вопросы пропускаются через сознание испытуемого, и выходит ложь. Такого рода опросники при тестировании одного человека гарантированно и всегда дают разный результат. А когда информация получается, минуя сознание, уже не выйдет выглядеть лучше или хуже в глазах врача или самого себя. Что касается наших подходов, то есть несложные способы проверки валидности применяемых методов, убеждающие в их корректности, а вот тесты проверить никак нельзя.

PC WEEK: Как защититься от психозондирования?

И. С.: Вы не можете от него защититься, потому что стимульная информация, передаваемая человеку с помощью наших технологий, тщательно скрыта от его сознания. Дело в том, что психозондирование индивидуально, и этим оно отличается от таких стандартных походов, как психометрия. Психозондирование эффективно, когда вы решаете конкретную задачу, — например, хотите выяснить, как пациент относится к своему лечащему врачу. Есть конкретные вопросы и очень конкретные ответы.

Наша многолетняя практика показывает, что психологи, психиатры, психоаналитики наиболее сильно сопротивляются таким подходам, поскольку мы перечеркиваем их опыт. Хотя лет через 50 все равно все будет иначе. С нашей помощью уже вылечено много больных, — на это закрыть глаза нельзя. Но наш инструмент подразумевает штучную работу и очень ответственное отношение к больному. Ведь каждую последующую процедуру психозондирования надо планировать на основании результатов предыдущих — идет тестирование, настройка вопросов на конкретную личность.

Психозондирование выполняется на обычных персоналках. Нужна еще специальная кнопка, которая подключается к СОМ - порту и, конечно, наше программное обеспечение. Этого достаточно, в частности, для выявления преступника по конкретному преступлению. Надо просто провести опрос подозреваемых и получить ответ, кто виновен. Психоаналитические задачи, конечно, сложнее — их решению с применением самых совершенных технологий надо учиться всю жизнь.

Второе направление в психотехнологиях — это психокоррекция. Сейчас создается ажиотаж вокруг так называемого психотронного оружия: якобы, через СМИ, Интернет нас облучают, что-то внушают... Я думаю, что никто ничего никому не внушает. Было несколько таких попыток, все они общеизвестны и закончились санкциями вплоть до судебных. Хотя технически (не технологически!) сделать это не очень сложно. Можно, например, использовать наши методы инверсии речевого сигнала, который в результате воспринимается как шум, но содержит скрытое внушение. Эти технические методы широко применяются (см. сайт www.loreley.com, где на их основе предлагается средство для подготовки скрытых внушений). В США огромный спрос на подобные услуги. У них это называется подпороговое мультипрограммирование, им пользуются для помощи желающим отказаться от курения и т.п.

У нас же, к сожалению, законов об информационно-психологической безопасности нет и никакого контроля за подобными разработками не ведется (тогда как в США на этот счет есть развитое законодательство. —Прим. ред.).

Третье направление наших работ — психообратная связь. Разработаны конкретные алгоритмы, задуманы проекты, но их реализация зависит от финансирования. Так, система семантического резонанса дает возможность человеку заточить предлагаемое нами программное средство под решение своей задачи (исцеление от определенной болезни). В этом плане роль врача становится уже менее значимой, чем сегодня. Данная система создается пока в рамках научной задачи, хотя мы нацелены на коммерческое распространение психотехнологий. Конечно, имеются определенные ограничения, мы не продаем всем желающим средства, позволяющие внушить что угодно, например, по обычному акустическому каналу типа телефонного.

Мы продаем наши продукты только эксклюзивным пользователям и обычно интересуемся историей предполагаемого заказчика.

PC WEEK: Расскажите, пожалуйста, про диск "Омофор".

И. С.: Это одна из любимых моих разработок. Мы до сих пор его делаем. "Омофор" содержит закодированную формулу внушения, записанную моим голосом и ориентированную на конкретного пациента. Однажды я в программе "Человек и закон" предложил приз тому, кто расшифрует эту формулу. Никто сделать этого не смог — физически это невозможно, это не инвертированный звук, а так называемая психомузыка. На диске записано 74 мин разной музыки, в которую вмонтирован мой голос с использованием всех трех наших алгоритмов кодирования. Музыкальное произведение полностью переписывается, причем один аккорд, одна нота в нем (чтобы не повредить композицию) заменяется на форманту моего голоса. Это очень тонкая работа. Фабула внушения сложно иерархизована, нарастает от начала к концу и в значительной степени ориентирована на ментальность русского человека.

Ни при каких условиях человек не может распознать, что именно ему внушается. Бывали редчайшие случаи угадывания, когда пациент приходил, и говорил:

"Доктор, я видел вас во сне, и вы говорили то-то и то-то". Вот пример. В начало композиции вмонтированы два слова. Вы можете слушать записи сколько угодно и никогда ничего не распознаете. Но когда я эти слова произнесу, то через промежуток от нескольких секунд до пяти минут в ходе прослушивания вы эти два слова ("внутренний голос") распознаете и далее всегда будете в данном месте слышать мой голос (PC Week/RE: подтверждаем — в первый раз слышно только бульканье, а потом — явственно слова "внутренний голос").

Данный промежуток очень индивидуален. Мы пытаемся эту особенность учитывать в психозондировании. Процедуру приходится подстраивать под конкретного человека — у разных людей на осознание информации уходит разное время.

"Омофор" был очень удачным решением, пока его не украли. Он широко продавался, даже через телемагазины, хотя мы с этого не имели ни копейки. "Омофор" все еще можно найти на рынках у пиратов. Но неоднократная перезапись сигнала на алюминиевых дисках повреждает акустический спектр, в том числе и речевой, который вмонтирован в музыкальную композицию. Да и вообще непонятно, что там записано и для кого предназначалось.

Сейчас "Омофор" мы не продаем, потому что не очень хорошие коммерсанты и, кроме того, не размениваемся по мелочам. Хотя по результатам пиратских продаж многие к нам обращались, и что интересно, не только никакого вреда он не причинил, но и было немало хвалебных отзывов — люди, звонили нам, благодарили. Я не против того, чтобы выпустить этот продукт в продажу, но сил на все не хватает.

PC WEEK: А существует ли вообще опасность компьютерной зависимости?

И. С.: Сейчас активно говорят о компьютерных наркоманах. Да, такие бывают, но крайне редко. Обычно напуганные общественным мнением родители приводят своих подростков на проверку. Мы, наоборот, поощряем компьютерные увлечения. Я сам увлекаюсь компьютерными технологиями, — вот недавно переустанавливал Windows 2000 и получил огромное удовольствие. Серьезной зависимости от компьютеров, сопоставимой с наркотической, не бывает. Это увлечения, которые постепенно проходят.

PC WEEK: Вы упоминали психоэкологию, расскажите, пожалуйста, об этом направлении.

И. С.: Психоэкология — это наука о состоянии и поведении человека как информационного существа в информационной среде его обитания. Можно дома постоянно выключать телевизор и радио, но даже пока едешь на работу, приходится общаться с очень большим числом людей. Объем получаемой нами информации сегодня явно превосходит разумные пределы. Что касается техногенных воздействий, скрытых закладок, то от них вообще не заблокироваться. Для организации акустического воздействия требуется спектр всего три килогерца. Такой сигнал можно встроить, например, в шум компьютера.

Но обучать решению задач психоэкологии в поточном режиме, к сожалению, весьма трудно и далеко не всегда возможно. Механически этому научить нельзя, в такие занятия душу надо вкладывать. Технологиям психозондирования исполнилось 22 года. Первые решения вообще были аппаратными, а не программными. И все это время я учусь каждый день, но порой чувствую себя слепым котенком. Поэтому пока многие наши инструменты мало кому доступны. Вот решать с их помощью конкретные задачи проще. Мы недавно успешно помогали выявить, кто из 23 сотрудников крупного банка украл деньги, оформив "левый" кредит.

Мы специализируемся на двух аспектах психоэкологии. Первое направление: помощь жертвам сект, которых в России только официально зарегистрировано более 14 тыс. Под влиянием родителей приходит девочка, психически больной человек, но считает себя здоровой и лечиться не хочет. Такие проблемы стандартными медицинскими методами решить невозможно. Второе направление — анализ информационных потоков на наличие скрытых закладок. Есть так называемые диспарантные закладки, которые обычным путем выделить нельзя (в отличие от технологии 25-го кадра, на компьютерах практически не работающей).

Но даже когда есть программа, этого недостаточно, надо долго учиться, ею пользоваться. Поэтому мы не очень охотно идем на контакты и не очень охотно раскрываем наши секреты, так как я всегда рассматривал психотехнологии как средство двойного назначения. Можно внушить человеку отказ от наркотиков с заменой на что-то социально приемлемое — спорт, любовь. А можно — на покупку колбасы или голосование за определенного кандидата.

PC Week: В заключение расскажите, пожалуйста, о ваших планах.

И. С.: Планов у нас много. Есть задачи, которые стандартным путем решить нельзя, требуются серьезные математические идеи. С этой целью мы наладили контакты с рядом российских вузов. Нас интересуют системы съема биологической информации и дистанционного управления, основанные на психофизиологических реакциях. Собираемся использовать различные перспективные разработки, например шлемы для пилотов боевых самолетов, которые создавались для управления аппаратурой на основе анализа ритмов мозга. Мы приглашаем к сотрудничеству хороших специалистов-математиков, хотя, к сожалению, какие-то особые финансовые условия предложить не можем.

Психотехнологии — это кульминация всего, чем до сих пор занималось человечество. Это гораздо серьезней, чем атомная бомба и космические полеты. Это — средство доступа к собственной бессмертной душе. Сейчас мы создали только "каменный топор", хотя и им уже можно делать хирургическую операцию. Мы получили инструментальные способы доступа к подсознанию и коррекции его определенных сфер. А все остальное — уже частные приложения. На компьютерах можно порносайты рассматривать, деньги считать, в игры играть, — но наивысшая кульминация применения компьютеров вообще — это психотехнологии!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

От нейрона к нейрокомпьютеру.

А. И. Масалович

Идея создания нейрокомпьютеров, работа которых основана на использовании принципов функционирования мозга, возникла еще на заре компьютерной эры. В начале 40-х годов была разработана модель базового "процессорного элемента" мозга - нейрона, и были сформулированы основные принципы новой науки - нейроматематики. Однако уровень развития электроники в то время не позволял построить даже модель нервной системы муравья (примерно 20 тыс. нейронов), не говоря уже о мозге человека, этом сложнейшем продукте эволюции, содержащем более 100 млрд. нейронов.

Сегодня мы становимся свидетелями второго рождения нейроматематики. Прогресс микроэлектроники, с одной стороны, и кризис "нисходящего" подхода к построению систем искусственного интеллекта, с другой, обусловили новый взлет интереса к нейронным сетям и вычислительным системам на их основе. Современные нейрокомпьютеры способны распознавать речь и управлять самолетами, предсказывать изменения биржевых курсов и обнаруживать пусковые площадки ракет, а также решать множество других сложных задач. Из закрытых лабораторий университетов и военных фирм нейронные сети выходят в мир коммерческих систем, принося разработчикам миллионные прибыли.

 

Нейроматематика, нейронная сеть, нейрокомпьютер

 

Несмотря на впечатляющие успехи электронной индустрии остается довольно большое число задач, в решении которых самые быстродействующие компьютеры заметно уступают человеку и даже многим животным. Человек легко узнает лица и предметы, понимает речь, ориентируется в пространстве, анализирует динамические сцены.

Создание системы, способной не только эффективно решать перечисленные задачи, но и обладающей возможностями традиционных компьютеров, произвело бы настоящий переворот во многих прикладных областях. Особенно хорошо это понимают военные и промышленники, щедро субсидирующие перспективные разработки в данной области.

Работы по воспроизведению возможностей человеческого мозга традиционно ведутся по двум основным направлениям.

Сторонники так называемого "нисходящего" подхода, или символисты, концентрируют внимание на способах представления знаний и алгоритмах логического вывода. Это научное направление принято называть искусственным интеллектом (ИИ). Приверженцы "восходящего" подхода, или коннекционисты (от connection - соединение), изучают и стремятся воплотить в технических системах принципы организации естественных нейронных систем. К настоящему моменту в этой области знаний сложился некоторый набор моделей, называемых нейронными сетями. Наука, изучающая свойства таких сетей, называется нейроматематикой. Необходимо сразу подчеркнуть, что понятие "нейронная сеть" не подразумевает безусловного копирования биологических прототипов. Естественные нейронные системы рассматриваются как объект для подражания лишь в той мере, в которой это необходимо для эффективного решения тех или иных прикладных задач.

Наконец, нейрокомпьютер - это вычислительная система, реализующая какой-либо вариант нейронной сети. В последнее время появились также понятия нейроБИС, или нейрочип (реализация нейронной сети в виде интегральной микросхемы), и нейроплата (то же на печатной плате).

Теоретические основы нейроматематики были заложены в начале 40-х годов. В 1943 году У. Маккалох (U. Makkaloh) и его ученик У. Питтс (W. Pitts), которому в ту пору было 18 лет, сформулировали основные положения теории деятельности головного мозга. Ими были получены следующие результаты:

• разработана модель нейрона как простейшего процессорного элемента, выполняющего вычисление переходной функции от скалярного произведения вектора входных сигналов и вектора весовых коэффициентов;

• предложена конструкция сети таких элементов для выполнения логических и арифметических операций;

• сделано основополагающее предположение о том, что такая сеть способна обучаться, распознавать образы, обобщать полученную информацию.

Несмотря на то что за прошедшие годы нейроматематика ушла далеко вперед, многие утверждения Маккалоха остаются актуальными и поныне. В частности, при большом разнообразии моделей нейронов принцип их действия остается неизменным.

Подробнее о первых шагах нейроматематики можно прочесть в книге "Artificial Intelligence", (Amsterdam: Time-Life Books, 1986).

 

Модели нейрона

 

Нейронная сеть представляет собой совокупность большого числа сравнительно простых элементов - нейронов, топология соединений которых зависит от типа сети. Чтобы лучше понять структуру отдельного нейрона, обратимся к его прототипу - биологическому нейрону (рис.1, а). Биологический нейрон имеет тело, совокупность отростков - дендритов, по которым в нейрон поступают входные сигналы, и отросток - аксон, передающий выходной сигнал нейрона другим клеткам. Точка соединения дендрита и аксона называется синапсом.

 

 

 

В мозгу человека число "соседей" нейрона, соединенных с его дендритами, может достигать 10 тыс. Общее же число нейронов мозга превышает 100 млрд.

Упрощенно функционирование нейрона можно представить следующим образом (рис.1, 6):

1. Нейрон получает от дендритов набор (вектор) входных сигналов.

2. В теле нейрона оценивается суммарное значение входных сигналов. Однако входы нейрона неравнозначны (и это, пожалуй, самое важное наблюдение для понимания принципов действия нейронной сети). Каждый вход характеризуется некоторым весовым коэффициентом, определяющим важность поступающей по нему информации. Таким образом, нейрон не просто суммирует значения входных сигналов, а вычисляет скалярное произведение вектора входных сигналов и вектора весовых коэффициентов.

3. Нейрон формирует выходной сигнал, интенсивность которого зависит от значения вычисленного скалярного произведения. Если оно не превышает некоторого заданного порога, то выходной сигнал не формируется вовсе - нейрон "не срабатывает".

4. Выходной сигнал поступает на аксон и передается дендритам других нейронов.

Время срабатывания нейрона составляет примерно 1 мс, чуть меньше тратится на передачу сигнала между двумя нейронами. Таким образом, биологический нейрон - чрезвычайно медленно работающий процессорный элемент, уступающий по быстродействию современным компьютерам в миллионы раз. Тем более удивительно, что мозг в целом способен за доли секунды решать задачи, которые "не по зубам" даже суперкомпьютерам. Например, он может узнать лицо человека, показанное в непривычном ракурсе, и т.п.

 

Модель нейрона - процессорного элемента нейронной сети, представлена на рис.2, а. В соответствии с вышеизложенным нейрон имеет набор входов, на которые поступают входные сигналы (Si,...,Sn). Входы характеризуются вектором весовых коэффициентов (W1,...,Wn). На рис.2,6 показаны некоторые возможные виды переходной функции f, вычисляемой от суммы взвешенных входных сигналов: пороговая, сигмовидная, псевдолинейная.

В зависимости от вида переходной функции нейроны делятся на два класса: детерминистские и вероятностные.

Различают два типа детерминистских нейронов:

  1. Нейрон, в теле которого вычисляется скалярное произведение, (полностью соответствует рис.2, а). Это наиболее широко используемый тип нейрона. Он применяется в нейронных сетях для решения задач классификации и прогнозирования, а также для создания моделей ассоциативной памяти.

2. Нейрон "с ближайшим соседом", вычисляющий расстояние между входным вектором и вектором весовых коэффициентов и передающий полученное значение на выход. Такие нейроны применяют в нейронных сетях для решения задач квантования векторов, кластеризации, составления кодовых книг и т.д.

Вероятностный (стохастический) нейрон формирует выходное значение по следующему правилу:

у=1 с вероятностью Р(х)=1/(1+ехр(-ЬА)), у=0 с вероятностью 1 - Р(х).

Здесь х - вектор входных сигналов, А - скалярное произведение вектора входных сигналов и вектора весовых коэффициентов, у - выходной сигнал.

Вероятностные нейроны используют в моделях ассоциативной памяти и в нейронных сетях для решения задач классификации.

Подробнее о биологических нейронах можно прочесть в книге Дейхофф (J. Dayhoff) "Neural Network Architectures" (New York: Van Nostrand reinhold, 1990), а о моделях нейронов в нейронных сетях - в трудах конференции "Neural Computing" (London: IBC Technical Services, 1991).

 

Нейронные сети и алгоритмы их обучения.

 

Нейронная сеть (НС) - это совокупность нейронов, соединенных определенным образом. Она характеризуется типом используемых нейронов, их числом, топологией межсоединений (в том числе так называемой "слойностью" - числом уровней в иерархической структуре), а также принятым набором алгоритмов настройки (обучения).

Одной из наиболее простых НС является перцептрон, принципы построения которого предложены Ф. Розенблаттом (F. Rosenblatt) в 1958 году. Первоначально перцептрон представлял собой однослойную структуру с жесткой пороговой функцией процессорного элемента и бинарными или многозначными входами. Первые перцептроны были способны распознавать некоторые буквы латинского алфавита. Впоследствии модель перцептрона была значительно усовершенствована. На рис.3 представлен пример трехслойного перцептрона.

Помимо перцептрона существует несколько десятков разновидностей НС, наиболее известными из которых являются следующие:

• сеть Хопфилда - Коонена (Hopfield/Kohonen network) - модель ассоциативной памяти, представляющая собой однослойную сеть процессорных элементов с бинарными входами и жесткой пороговой функцией. Каждый процессорный элемент соединен со всеми соседями. Настройка весовых коэффициентов межсоединений производится по правилам Хеббиана (Hebbian rules);

 

 

• машина Больцмана (Boltzmann machine) -многослойная или случайным образом связанная НС. Настройка весовых коэффициентов производится на основе распределения Больцмана с использованием так называемого "температурного" параметра для определения кривизны вероятностной функции;

• НС с обратным прохождением (back propagation network), принцип действия которой базируется на вычислении отклонений значений сигналов на выходных процессорных элементах от эталонных и обратном "прогоне" этих отклонений до породивших их элементов с целью коррекции ошибки;

• неокогнитрон (neocognitron) - одна из наиболее сложных моделей НС. Это многослойная иерархическая сеть с двухсторонним прохождением сигналов, содержащая процессорные элементы двух видов: S-ячейки, выполняющие основную функцию сети, и С - ячейки, позволяющие корректировать позиционные ошибки во входных последовательностях. Неокогнитрон способен распознавать даже сильно зашумленные выборки.

 

Функционирование большинства НС (в частности, перцептрона) происходит в две стадии. На стадии настройки, или обучения, на вход НС подаются эталонные обучающие выборки и производятся вычисления в процессорных элементах промежуточных и выходного слоев сети. Затем проводят коррекцию и минимизацию ошибок путем перенастройки весовых коэффициентов (часто для этого данные "проводят" по сети в обратном направлении). На рис.4 в упрощенном виде приведен алгоритм обучения перцептрона. В житейских терминах, обучение НС сводится к следующему: "права" процессорных элементов, "нелояльных" к навязываемым сети решениям, впоследствии ограничиваются (знакомая картина, не так ли?). На стадии функционирования сети в рабочем режиме, соответствующем решению прикладных задач, дальнейшей настройки, как правило, не происходит. Однако возможны повторные сеансы обучения для улучшения характеристик сети либо для их адаптации к новым классам объектов.

Перечисленные выше типы НС нашли свое отражение в многочисленных реализациях нейроплат, нейроБИС и нейрокомпьютеров. Архитектура нейронных сетей подробно обсуждается в статье Р. Хёхт - Нилсена (R. Hecht - Nielsen) "Neuro - computing: picking the human brain" (IEEE SPECTRUM. -1988. - Vol.25, N 3. - P. 36-41).

 

Нейроплаты и нейроБИС

 

На современном рынке изделия, основанные на использовании механизма действия НС, первоначально появились в виде нейроплат. В качестве типичного примера нейроплаты можно назвать плату MB 86232 японской фирмы Fujitsu. На плате размещены процессор цифровой обработки сигналов и оперативная память емкостью 4 Мбайт, что позволяет использовать такую плату для реализации НС, содержащих до 1000 нейронов. Есть и более совершенные платы.

Основными коммерческими аппаратными изделиями на основе НС являются и, вероятно, в ближайшее время будут оставаться нейроБИС. Сейчас выпускается более двадцати типов нейроБИС, параметры которых порой различаются на несколько порядков. Среди них - модель ETANN фирмы Intel. Эта БИС, выполненная по микронной технологии, является реализацией НС с 64 нейронами и 10240 синапсами. Ее цена - 2000 дол.

К числу самых дешевых нейроБИС (41 дол.) относится модель MD 1220 фирмы Micro Devices. Эта БИС реализует НС с 8 нейронами и 120 синапсами.

Среди разрабатываемых в настоящее время нейроБИС выделяются модели фирмы Adaptive Solutions (США) и Hitachi (Япония). НейроБИС фирмы Adaptive Solutions, вероятно, станет одной из самых быстродействующих: объявленная скорость обработки составляет 1,2 млрд. соединений/с (НС содержит 64 нейрона и 262 144 синапса). НейроБИС фирмы Hitachi позволяет реализовать НС, содержащую до 576 нейронов. Эти нейроБИС, несомненно, станут основой новых нейрокомпьютеров и специализированных многопроцессорных изделий.

 

Нейрокомпьютеры

 

Большинство сегодняшних нейрокомпьютеров представляют собой просто персональный компьютер или рабочую станцию, в состав которых входит дополнительная нейроплата. К их числу относятся, например, компьютеры серии FMR фирмы Fujitsu. Такие системы имеют бесспорное право на существование, поскольку их возможностей вполне достаточно для разработки новых алгоритмов и решения большого числа прикладных задач методами нейроматематики. Однако наибольший интерес представляют специализированные нейрокомпьютеры, непосредственно реализующие принципы НС. Типичными представителями таких систем являются компьютеры семейства Mark фирмы TRW (напомню, что первая реализация перцептрона, разработанная Розенблаттом, называлась Mark I).

Модель Mark III фирмы TRW представляет собой рабочую станцию, содержащую до 15 процессоров семейства Motorola 68000 с математическими сопроцессорами. Все процессоры объединены шиной VME. Архитектура системы, поддерживающая до 65 000 виртуальных процессорных элементов с более чем 1 млн. настраиваемых соединений, позволяет обрабатывать до 450 тыс. межсоединений/с. Mark IV - это однопроцессорный суперкомпьютер с конвейерной архитектурой. Он поддерживает до 236 тыс. виртуальных процессорных элементов, что позволяет обрабатывать до 5 млн. межсоединений/с. Компьютеры семейства Mark имеют общую программную оболочку ANSE (Artificial Neural System Environment), обеспечивающую программную совместимость моделей. Помимо указанных моделей фирма TRW предлагает также пакет Mark II - программный эмулятор НС.

Другой интересной моделью является нейрокомпьютер NETSIM, созданный фирмой Texas Instruments на базе разработок Кембриджского университета. Его топология представляет собой трехмерную решетку стандартных вычислительных узлов на базе процессоров 80188. Компьютер NETSIM используется для моделирования таких моделей НС, как сеть Хопфилда - Коонена и НС с обратным прохождением. Его производительность достигает 450 млн. межсоединений/с.

Фирма Computer Recognition Systems (CRS) продает серию нейрокомпьютеров WIZARD/CRS 1000, предназначенных для

обработки видеоизображений. Размер входной матрицы изображения 512х512 пикселей. Модель CRS 1000 уже нашла применение в промышленных системах автоматического контроля.

Сегодня на рынке представлено немало моделей нейрокомпьютеров. На самом деле их, видимо, гораздо больше, но наиболее мощные и перспективные модели по-прежнему создаются по заказам военных. К сожалению, не имея достаточной информации о моделях специального назначения, трудно составить представление об истинных возможностях современных нейрокомпьютеров.

Исчерпывающий обзор по нейрокомпьютерам дан в статье Ф. Треливена (Р. Trelieven), "Neurocomputers" (London: University College, 1989).

 

Потенциальные применения нейрокомпьютеров

 

Вероятно, у многих читателей уже возник вопрос: "Могут ли нейрокомпьютеры и нейроматематика помочь в решении их задач?" Чтобы облегчить ответ на этот вопрос, перечислю основные признаки прикладных задач, для решения которых целесообразно использовать НС:

• отсутствует алгоритм или не известны принципы решения задачи, но накоплено достаточное число примеров;

• проблема характеризуется большими объемами входной информации;

• данные неполны или избыточны, зашумлены, частично противоречивы.

 

• разведка залежей минералов по данным аэрофотосъемок;

• анализ составов смесей;

• управление процессами.

Военная промышленность и аэронавтика:

• обработка звуковых сигналов (разделение, идентификация, локализация, устранение шума, интерпретация);

• обработка радарных сигналов (распознавание целей, идентификация и локализация источников);

• обработка инфракрасных сигналов (локализация);

• обобщение информации;

автоматическое пилотирование.

Промышленное производство:

• управление манипуляторами;

• управление качеством;

• управление процессами;

• обнаружение неисправностей;

• адаптивная робототехника;

• управление голосом.

Служба безопасности:

• распознавание лиц, голосов, отпечатков пальцев. Биомедицинская промышленность:

• анализ рентгенограмм;

• обнаружение отклонений в ЭКГ. Телевидение и связь:

• адаптивное управление сетью связи;

• сжатие и восстановление изображений.

 

Таким образом, НС хорошо подходят для распознавания образов и решения задач классификации, оптимизации и прогнозирования. На рис.5, а показано распределение прикладных систем на базе НС по областям применения, на рис.5, б - распределение источников финансирования их разработок (по данным Т. Шварца (Т. Schwartz)).

Ниже приведен перечень возможных промышленных применений НС, на базе которых либо уже созданы коммерческие изделия, либо реализованы демонстрационные прототипы. Перечень составлен по материалам фирмы MIMETICS и докладу Ф. Фогельман Сулье (F. Fogelman Soulie) "Neural Networks, State of The Art"//"Neural Computing", (London:

IBC Technical Services, 1991).

Банки и страховые компании:

• автоматическое считывание чеков и финансовых документов;

• проверка достоверности подписей;

• оценка риска для займов;

• прогнозирование изменений курсов валют. Административное обслуживание:

• автоматическое считывание документов;

• автоматическое распознавание штриховых кодов. Нефтяная и химическая промышленность:

• анализ геологической информации;

• идентификация неисправностей оборудования;

Представленный перечень далеко не полон. Ежемесячно западные средства массовой информации сообщают о новых коммерческих продуктах на базе НС. Так, фирма LIAC выпускает аппаратуру для контроля качества воды. Нейросистемы фирмы SAIC находят пластиковые бомбы в багаже авиапассажиров. Специалисты инвестиционного банка Citi - comp (Лондон) с помощью программного нейропакета делают краткосрочные прогнозы колебаний курсов валют. На рис. б приведены результаты такого прогнозирования на 1990 год. Результаты применения нейронных сетей впечатляют, не правда ли?

 

Перспективы нейроматематики в нашей стране

 

А каковы достижения в области нейроматематики в нашей стране? На первый взгляд, положение удручающее. Попытки создать оригинальную нейроплату, предпринятые специалистами Москвы и Казани, окончились не совсем удачно: по сравнению с зарубежными аналогами первый образец платы выглядит примерно так же, как ЕС-1840 рядом с компьютером IBM AT/386. Вопрос о создании конкурентоспособной отечественной нейроБИС, а тем более нейрокомпьютера всерьез не обсуждается. Немногочисленные пока специалисты в области нейроматематики для моделирования нейронных сетей используют транспьютерные системы, а то и просто персональные компьютеры. Коммерческих программных систем (за исключением нескольких демонстрационных пакетов) практически нет.

Тем не менее, нейроматематика - одна из немногих областей, в которых советские ученые могут сказать сегодня новое слово. Во-первых, это область знаний, где отставание в технологии не так критично для исследователя. Если для моделирования торнадо, например, ученому не обойтись без суперкомпьютера, то модель нейронной сети можно исследовать и на сравнительно дешевой транспьютерной системе. При этом можно довольно точно оценить параметры и возможности будущей сети. Во-вторых, основные проблемы создания прикладных систем на базе нейронных сетей концентрируются сегодня вокруг научных задач, а не в сфере реализации. Проще говоря, если кто-либо из советских ученых сможет успешно применить нейроматематику для решения, например, задачи идентификации подписи, то он легко найдет западную фирму, готовую воплотить его идеи в промышленное изделие.

В-третьих, из-за того, что "первая волна" исследований в данной области дошла до СССР с опозданием на 8-10 лет (т.е. в 70-х годах), многие участники этих разработок еще ведут активную научную деятельность и, в принципе, могут принять участие в становлении нейроматематики. Наконец, несмотря на то что исследования в области нейронных сетей находятся у нас в начальной стадии, уже есть некоторые разработки, которые могут представлять интерес для мировой науки.

Об одной из таких разработок стоит рассказать подробнее. Речь идет о попытке модифицировать модель нейрона, основанной на использовании новых достижений отечественной нейрофизиологии, в первую очередь результатов проф. В. Б. Вяльцева. В мировой науке неоднократно предпринимались попытки использовать результаты биомедицинских исследований для усовершенствования нейронных сетей. Первоначально нейробиологи и нейроматематики работали сообща, и предложенные в 40 - х годах модели нейрона и нейронной сети устраивали и тех, и других. Однако довольно скоро пути двух наук разошлись. Например, нейрофизиологи считают, что в деятельности мозга участвует примерно 14 тыс. различных химических реакций. Построить модель мозга, адекватно учитывающую такое число реакций, нереально не только сегодня, но и в обозримом будущем.

Тем не менее сегодня нейробиологи готовы предложить новую, модифицированную модель нейрона и нейронной сети, которая более адекватна их представлениям и сравнительно легко поддается реализации. Можно назвать следующие принципиальные отличия новой модели:

1. Базовый элемент системы - нейрон - сложнее и универсальнее, чем в сегодняшних моделях, организация сети -проще.

2. Нейрон имеет как возбуждающие, так и тормозящие входы, причем последние преобладают. Обучение сети таких нейронов сводится преимущественно к настройке тормозящих входов.

3. В сети присутствуют нейроны двух четко различающихся типов: один с большим числом входов и высоким порогом срабатывания (назовем его "ответственный") и другой, "безответственный" - с низким порогом срабатывания и малым числом входов.

4. Существенной частью системы является усложненная модель синапса. Настройка (обучение) синапсов позволяют моделировать механизм так называемой кратковременной памяти.

5. Действие каждого стимула вызывает в нейросистемах реакции двух видов: срабатывание на передний фронт сигнала и реакцию на его задний фронт (получившую название "офф - реакции"). Последняя оптимизирует поведение сети при поступлении повторяющихся сигналов.

6. Сеть работает в колебательном режиме. При отсутствии возбуждающих импульсов на вход подается ритмический фоновый сигнал.

7. Сеть реализует как прямое распараллеливание подзадач, так и иерархическую декомпозицию задачи.

Как утверждается, построенная на этих принципах модель будет значительно ближе к реальным нейронным системам, образовавшимся в процессе тысячелетней эволюции. Реализация такой модели "в кремнии" может привести к рождению нового поколения нейрокомпьютеров, способных решать гораздо более интеллектуальные задачи по сравнению с существующими. Так что не исключено, что в основе завтрашних нейрокомпьютеров будут лежать новые концепции нейронных сетей, разработанные нашими учеными.

История нейронных сетей

основные вехи и некоторые

1943 г. У. Маккалох и У. Питтс предлагают модель нейрона и формулируют основные положения теории деятельности головного мозга.

1958 г. Ф. Розенблатт разрабатывает принципы построения перцептрона, первого технического воплощения нейронных сетей.

1960 г. Ф. Розенблатт создает первый перцептрон - систему Mark I. способную распознавать некоторые буквы.

1960-1968 гг. Период активных разработок в области теории нейронных сетей и их технических воплощений.

1969 г. М. Минский (М. MInsky) и С. Пейперт (S. Papert) издают книгу "Perceptrons", где доказывают принципиальную ограниченность возможностей перцептронов. Падение интереса к перцептронам и нейронным сетям. Переключение внимания исследователей на "нисходящий" подход к построению систем искусственного интеллекта.

1970-1976 гг. Активные разработки в области перцептронов в СССР (основные заказчики - военные ведомства).

1982 г. Дж. Хопфилд предлагает усовершенствованную модель нейронной сети и указывает новые пути моделирования функций мозга в электронных схемах и программном обеспечении. Возобновление интенсивных разработок в области нейронных сетей.

1987 г. Первые представители нового поколения нейронных сетей выходят на рынок. Годовой объем их продаж - 7 млн. дол. Правительства и военные ведомства США, Японии и Западной Европы начинают крупномасштабное финансирование разработок в этой области.

1988 г. Японские фирмы Nihon Denki и Fujitsu выпускают на рынок первые модели персональных нейрокомпьютеров Neuro-07 и FMR 50.

1989 г. Нейронные сети становятся одним из самых быстро растущих секторов рынка (за два года объем продаж вырос в пять раз). Разработки и исследования в области нейронных сетей ведутся практически всеми крупными электронными фирмами.

1990 г. Гиганты электронной индустрии выпускают на рынок целый ряд готовых изделий: AT&T анонсирует нейроплату, IBM - нейросканер, Philips - нейроБИС, и т.д. В США Управление перспективного планирования НИР военного применения (Defense Advanced Research Projects Agency - DARPA) финансирует 47 проектов 60 компаний на общую сумму 15 млн. дол. Появляются первые признаки активности советских исследовательских организаций в области нейронных сетей.

1991 г. Годовой объем продаж на рынке нейронных систем приближается к 140 млн. дол. Создан целый спектр программных и аппаратных коммерческих систем на базе нейронных сетей как специального, так и общего назначения. Работы по данной тематике разворачиваются в Минске, Москве, Новосибирске, Санкт - Петербурге. В Москве и Таганроге создаются Центры нейрокомпьютеров.

ЖУРНАЛ Д-р A. ДOББA 1/1991

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т9000 Транспьютерная революция продолжается!

М. А. Маркин, В. А. Лопатин

Оригинальная архитектура транспьютера позволяет эффективно использовать его для реализации одной из моделей параллельных вычислений - модели взаимодействующих последовательных процессов (ВПП). В этой модели параллельная программа рассматривается как совокупность обычных последовательных программ, выполняемых параллельно на нескольких процессорах, обменивающихся сообщениями по синхронным информационным каналам [Pountain D. Virtual Channels: The Next Generation of Transputers//BYTE. -1990. - N 4. - P. E&W3 - E&W12].

К сожалению, аппаратные и программные средства современных транспьютеров позволяют реализовать модель ВПП только частично. Число процессов и информационных каналов, которые может поддерживать программа, выполняемая на одном транспьютере и имитирующая параллелизм благодаря использованию режима разделения времени, зависит от емкости имеющейся памяти, т.е. в большинстве случаев это число практически не ограничено.

Решив распределить процессы между несколькими транспьютерами для достижения реального параллелизма. Вы обнаружите ряд ограничений, связанных с тем, что каждый транспьютер имеет только четыре физических канала (линка). Это обстоятельство существенно ограничивает возможности написания параллельных программ и приводит также к потере некоторых преимуществ модели ВПП.

Разработчики современных параллельных суперкомпьютеров учли эти недостатки архитектуры транспьютеров, выбрав в качестве основной топологии современных мультипроцессорных систем топологию N - мерного гиперкуба, потому что в этом случае удается минимизировать время обмена сообщениями между процессорами. Но даже для четырехмерного гиперкуба требуется шесть каналов связи на один процессор. Для гиперкубов большей размерности требуется еще большее число каналов на один процессор.

До настоящего времени реализация топологии N - мерного гиперкуба в транспьютерных системах требовала использования в каждой вершине нескольких транспьютеров только для того, чтобы получить необходимое при такой топологии число каналов, связывающих эти вершины.

 

Главный козырь фирмы INMOS

 

Аппаратные средства транспьютера нового поколения - Т9000, о планах выпуска которого в IV квартале 1991 г. фирма INMOS (Великобритания) официально объявила на международной конференции "Transputing 91", проходившей в апреле в Саннивейле (США), будут усовершенствованы для достижения более высокой скорости вычислений и поддержки более сложных операционных систем, чем это обеспечивают существующие транспьютеры. Следует особо подчеркнуть, что транспьютер Т9000 имеет средства, позволяющие решить проблему недостаточности числа каналов связи в существующих транспьютерах. С этой целью фирма INMOS могла бы, конечно, добавить еще несколько линков в новом транспьютере, но их общее число все же должно оставаться достаточно небольшим из-за ограничений в технологии изготовления СБИС.

Вместо этого фирма приняла радикальное решение: добавить в транспьютере Т9000 аппаратные средства мультиплексирования, чтобы его линки могли одновременно использоваться сразу несколькими процессами. Фирмой INMOS разработана также СБИС маршрутизации С104, которая должна обеспечивать эффективное информационное взаимодействие между удаленными транспьютерами благодаря использованию протоколов, аналогичных применяемым в системах связи с коммутацией пакетов.

Каналы межтранспьютерной связи при использовании транспьютера Т9000 становятся виртуальными; это позволяет реализовать столько программных каналов, сколько требуется Вашей программе. Виртуальные каналы могут устанавливаться даже между теми транспьютерами, которые не имеют прямых связей через физические каналы; при этом требуемая эффективность передачи сообщений в указанный адрес обеспечивается с помощью СБИС маршрутизации. Для существующих транспьютеров возможности организации взаимодействия процессов через линки ограничены наличием лишь четырех линков. Так как для каждого программного канала в транспьютере назначается физический канал, то при необходимости доставки сообщения в удаленный транспьютер приходится делать несколько таких назначений. При этом программа становится зависимой от топологии транспьютерной системы.

При использовании транспьютера Т9000 для обмена сообщениями между двумя любыми процессами можно использовать программный виртуальный канал, а выбор конкретного физического маршрута прохождения сообщений обеспечивают аппаратные средства транспьютера и СБИС маршрутизации. При этом разрабатываемая программа становится независимой от топологии сети транспьютеров и может переноситься на другие многотранспьютерные системы практически без изменений. Транспьютер Т9000 имеет четыре физических канала, но он также содержит коммуникационный контроллер, обеспечивающий установление множества виртуальных каналов благодаря разбиению сообщений на пакеты и передаче пакетов от нескольких сообщений по одному физическому каналу.

Линки транспьютера Т9000 по быстродействию (100 Мбит/с в дуплексном режиме) в пять раз превосходят линки современных транспьютеров. Кроме того, система с коммутацией пакетов обеспечивает более эффективное использование физических каналов, так что скорость передачи сообщений увеличивается несмотря на использование режима разделения физического канала.

 

Реализация обмена сообщениями

 

В транспьютере Т9000 сообщение произвольной длины разбивается на последовательность пакетов длиной 32 байта каждый совершенно иначе, чем во всех других транспьютерах, которые передают сообщения по каналу байт за байтом. Для смешивания пакетов, принадлежащих разным сообщениям (т.е. разным виртуальным каналам), необходимо, чтобы каждый пакет содержал заголовок, предназначенный для идентификации виртуального канала, по которому этот пакет передается. Последний символ в каждом пакете специальный -Конец Пакета (End - Of - Packet), за исключением последнего пакета передаваемого сообщения, где это символ Конец Сообщения (End - Of - Message). Пакет имеет следующий формат:

<3аголовок> <0...32 байта данных> <ЕОР/ЕОМ>

Для обеспечения синхронизации связи процесс, принимающий сообщения (приемник), должен подтверждать получение каждого пакета; посылаемый приемником пакет подтверждения - это обычный пакет, не содержащий данных. Каждый виртуальный канал является дуплексным, т.е. содержит два подканала, по одному из которых передаются пакеты данных, а по другому принимаются пакеты подтверждений. Передающий процесс не может продолжить свою работу до тех пор, пока не получит подтверждения приема последнего переданного пакета данных. Это подтверждение посылается сразу после получения первого байта пакета, что позволяет обеспечить непрерывную передачу сообщений, если приемник готов к приему.

Запросы на передачу ставятся в очередь на каждом физическом канале, так что центральный процессор не должен находиться в состоянии ожидания во время передачи пакета. В случае, если принимающий процесс не готов к приему пакета, транспьютер Т9000 обеспечивает буферизацию одного пакета для каждого из виртуальных каналов. По той же причине современные транспьютеры осуществляют буферизацию одного байта принимаемого сообщения во внутреннем регистре. В транспьютере Т9000 буферизация осуществляется в памяти, а не в регистре, так что при наличии достаточного объема памяти в одном транспьютере можно реализовать любое число виртуальных каналов.

 

СБИС маршрутизации С104

 

Для эффективного использования виртуальных каналов необходимо использовать СБИС маршрутизации С104. Эта СБИС представляет собой электронный коммутатор с коммутацией пакетов, реализованный на одном кристалле. По своим функциям СБИС С104 близка к учрежденческим АТС: она содержит 32 физических транспьютерных канала и может осуществлять маршрутизацию сообщения от любого из 32 транспьютеров Т9000 к любому другому. Следует подчеркнуть, что не обязательно подключать все 32 транспьютера к СБИС С104; можно, например, вместо этого подключить восемь транспьютеров, используя все их линки. Такое подключение не влияет на число виртуальных каналов, которые могут быть скоммутированы, так как каждый физический канал может поддерживать установление любого числа виртуальных каналов. Однако при таком соединении пропускная способность увеличивается в четыре раза.

В ряде случаев можно присоединить некоторые из каналов СБИС С104 к другим аналогичным СБИС, для того чтобы образовать более крупную и более сложную коммутируемую многотранспьютерную систему. СБИС С104 содержит полнодоступный коммутатор 32х32, обеспечивающий соединение между любыми двумя каналами, а также сравнительно простую логическую схему для определения пункта назначения каждого принятого сообщения. Разработанная специалистами фирмы INMOS схема маршрутизации позволяет обходиться без использования в СБИС С104 процессора или значительного объема оперативной памяти. Для большинства программистов механизм маршрутизации будет полностью прозрачным, при этом многотранспьютерная система будет представляться программисту таким образом, что можно будет посылать сообщения от любого транспьютера любому другому даже при отсутствии между ними прямых соединений.

Развитие языка Оккам 2

 

Применение пакетной коммутации позволяет снять ряд ограничений в языке Оккам 2, используемом для программирования транспьютеров. Текущая версия языка Оккам 2 представляет собой статический язык программирования, в котором все используемые программой ресурсы должны быть определены на стадии компиляции; поэтому Оккам - программы во время выполнения не могут порождать новых параллельных процессов на удаленных транспьютерах. Более того, топология программ, распределенных по нескольким транспьютерам, существенно ограничена тем, что каждому процессу доступно только четыре канала. При написании программы программист должен в явном виде устанавливать соответствие каждого программного канала физическому каналу транспьютера и не может менять эти связи без повторной компиляции.

Появление транспьютера Т9000 и СБИС маршрутизации С104 позволит реализовать полную версию языка Оккам - Полный Оккам (называемую также Оккам 3). Эта версия будет выглядеть точно так же, как и текущая версия языка, но Вам. например, больше не нужно будет использовать оператор PLACE для установления соответствия между программными и физическими каналами. Можно будет объявлять в программе любое необходимое число каналов, а обеспечение соответствующих соединений возьмет на себя система маршрутизации сообщений, реализованная с помощью СБИС С104. Отпадет необходимость в предварительном размещении процессов по транспьютерам, так как компилятор будет их размещать самостоятельно. Такие программы могут быть перенесены на любую многотранспьютерную систему с достаточным числом транспьютеров.

Следующим этапом может быть разработка Динамического Полного Оккама. В этой версии языка Оккам ограничения. связанные с размещением процессов на стадии компиляции, будут полностью устранены, появится возможность реализации рекурсивных процедур, динамического назначения процессоров и т.п. Архитектура транспьютера Т9000 содержит ряд усовершенствований, делающих разработку такого языка возможной.

Хотя механизм взаимодействия с помощью виртуальных каналов, конечно же, является наиболее интересным свойством нового транспьютера, в транспьютере Т9000 имеется ряд других усовершенствований, облегчающих жизнь разработчикам операционных систем, а также улучшающих поддержку таких языков программирования, как Си и Ада. Например, важным усовершенствованием является добавление новых команд, обеспечивающих возможность взаимодействия многих программных каналов с одним физическим каналом. Этим усовершенствованием целесообразно пользоваться в том случае, когда нескольким процессам необходимо предоставить возможность разделения общего программного кода, причем более эффективно, чем это возможно при использовании конструкции ALT в языке Оккам 2.

 

Особенности архитектуры нового транспьютера

 

Поданным фирмы INMOS, пиковая производительность транспьютера Т9000 при внутренней тактовой частоте 50 МГц будет достигать 200 млн. операций/с при выполнении обычных операций и 25 млн. операций/с при выполнении операций над числами с плавающей точкой (25 MFLOPS). Увеличения производительности на порядок по сравнению с производительностью существующих транспьютеров удалось достичь не только благодаря совершенствованию технологии изготовления транспьютера, но и благодаря использованию специальных системных решений, обеспечивающих одновременное выполнение нескольких команд за один цикл работы процессора. Для выполнения команд используется пятиступенчатый конвейер:

первая ступень может выбирать одновременно две локальные переменные,

вторая - заново вычислять производные адреса переменных, что необходимо для работы с индексированными массивами или нелокальными переменными,

третья ступень позволяет выбирать одновременно две нелокальные переменные или два элемента массива,

четвертой ступенью является арифметико - логическое устройство (АЛУ) или устройство обработки чисел с плавающей точкой (FPU - floating-point unit), последняя ступень конвейера отвечает за запись результата операции в память или выполнение команд условного перехода. Блок-схема такого конвейера приведена на рисунке.

 

Основы быстродействия

 

В транспьютере имеется специальное устройство, группирующее поток входных команд, чтобы обеспечить наибольшую загрузку конвейера. В одну группу объединяются команды, обрабатываемые различными блоками конвейера, что позволяет в установившемся режиме обеспечивать выполнение процессором за один такт всей группы команд (загружать в каждом цикле процессора новую группу команд). При создании управляющего (группирующего) устройства и выборе блоков конвейера фирма INMOS проанализировала структуры кода, вырабатываемого компиляторами языков высокого уровня, что позволило построить процессор таким образом, чтобы он эффективно выполнял наиболее типичные сочетания команд.

В описании транспьютера Т9000 [The Т9000 Transputer. Products overview. Manual. - INMOS. - 1991] приводится следующий пример, поясняющий процедуру группировки команд и работу конвейера.

Пусть необходимо вычислить выражение a[i+1] = b[j+15]+c[k+7].

1-я группа IdI j [1]

IdI b [2]

wsub [2]

IdnI 15 [2] [3]

2-я группа IdI k [1]

IdI с [1]

wsub [2]

IdnI 7 [2] [3]

add [4]

3-я группа IdI i [1]

IdI a [ 1]

wsub [2]

stnI 1 [2] [5]

Справа в квадратных скобках приведены номера блоков конвейера, которые используются при выполнении каждой из команд. С учетом того, что блоки 1, 2 и 3 могут одновременно обрабатывать две команды, произведена группировка команд. Получилось три группы команд. Таким образом, использование конвейера позволяет транспьютеру Т9000 вычислить данное выражение за 3 такта. Для сравнения: вычисление аналогичного выражения на транспьютере Т805 занимает 25 тактов.

Кроме того, применение в транспьютере Т9000 дополнительных аппаратно реализованных устройств позволило сократить число тактов процессора, необходимых для выполнения арифметических и логических операций. В таблице приведены времена выполнения (в тактах процессора) некоторых логических и арифметических операций транспьютерами Т805 и Т9000:

Транспьютер

Тип операции

Т805 Т9000

multiply 38 2-5

fractional multiply 35-40 3-6

divide 39 5-12

remainder 37 6-13

long add, long substract 2 1

long sum, long diff 3 1

long multiply 33 3-6

long divide 35 15

reverse bit In word 36 1

Особенности управления

 

Если для инициализации существующих транспьютеров и управления ими предусматривалось использование трех сигналов (Reset, Analyse, Error), то в новом транспьютере для этого предусмотрены два специальных канала, аналогичных линкам. Они обеспечивают двунаправленный обмен информацией и позволяют связать все транспьютеры отдельной сетью управления. Все элементы (узлы) сети могут быть соединены последовательно, а для сетей с большим числом транспьютеров или более сложной конфигурацией управляющие линки могут коммутироваться с помощью СБИС С104. Наличие таких линков, для которых определен специальный протокол управляющих команд, существенно расширяет возможности управления транспьютерами Т9000. Управляющий процесс может посылать команды по линкам в виде специальных управляющих пакетов и принимать ответы от удаленных транспьютеров, расположенных в управляемой сети.

Принимаемое сообщение может содержать информацию, переданную в ответ на содержавшийся в команде запрос, или просто подтверждать прием и выполнение команды.

Имеющийся набор команд позволяет управлять режимами загрузки транспьютера и запуска прикладной программы, вызывать останов прикладной программы, выполнять инициализацию транспьютера, считывать или модифицировать содержимое отдельных ячеек памяти и конфигурационных регистров транспьютера. Последние управляют режимами работы коммуникационного процессора виртуальных каналов, кэш памятью, программируемым интерфейсом памяти и линками транспьютера.

 

Память

 

В новом транспьютере предусмотрена внутренняя быстродействующая память емкостью 16 Кбайт (в транспьютерах предыдущего поколения - 4 Кбайт). При инициализации транспьютера можно задать один из трех режимов ее использования: вся память отводится под кэш память для быстрого доступа к наиболее часто используемым данным и фрагментам программы; вся память используется как быстродействующее внутреннее ОЗУ, расположенное в адресном пространстве транспьютера; половина памяти используется как кэш-память, а вторая половина как внутреннее ОЗУ Кроме указанного блока кэш-памяти в транспьютере для быстрого доступа к локальным переменным предусмотрена кэш-память для верхних 32 слов рабочей области транспьютера (workspace). Этот блок памяти аналогичен блоку регистров общего назначения в других микропроцессорах.

В транспьютере Т9000 реализован механизм управления доступной программе пользователя памятью, позволяющий контролировать ее поведение при возникновении ошибочных ситуаций. Для этого процесс пользователя запускается с помощью специального управляющего процесса.

При возникновении в процессе пользователя ошибочных ситуаций, таких, как обращение к памяти по несуществующему адресу или выполнение привилегированной команды, происходит прерывание выполнения процесса пользователя и управление передается управляющему процессу для корректной обработки данной ситуации.

С точки зрения процесса пользователя, вся область физического адресного пространства делится на четыре логические области. Для каждой из этих областей может быть задан размер страницы памяти от 256 до 2 байт и могут быть определены программные сегменты и установлены права процесса пользователя по записи. Эти области могут быть использованы для хранения программ, данных, стека и организации пула свободной памяти при реализации Unix-подобных операционных систем.

Среди других особенностей нового транспьютера отметим наличие специального блока управления внешней памятью. В отличие от существующих транспьютеров, у которых разрядность внешней магистрали данных совпадает с внутренней разрядностью, в новом транспьютере интерфейс управления памятью позволяет настраиваться на внешнюю память с различной длиной слова: от 8 до 64 разрядов. Все адресное пространство внешней памяти может быть разбито на четыре области, и в каждой из них интерфейс может быть настроен на используемую память независимо от соседних областей. Интерфейс позволяет работать с 8 -, 16 -, 32 - и 64 - разрядной статической памятью и 32 - и 64 - разрядной динамической памятью.

С учетом того, что основная область применения существующих транспьютеров - встраиваемые системы, можно эффективно строить компактные управляющие вычислительные системы с минимальным числом дополнительного оборудования, например использовать помимо транспьютера только одну микросхему 8 - разрядного ПЗУ для хранения управляющих программ. Интерфейс управления внешней памятью позволяет без дополнительных логических элементов подключать к транспьютеру Т9000 динамическое ОЗУ емкостью до 8 Мбайт.

Ключ к будущему успеху

 

Благодаря совместимости по системе команд транспьютера Т9000 с существующим поколением транспьютеров значительная часть имеющегося на рынке прикладного и инструментального программного обеспечения может быть использована в вычислительных системах на базе этого транспьютера.

О новых программных средствах, разработанных для транспьютера Т9000, будет подробно рассказано в следующих номерах "Журнала д-ра Добба". В первую очередь мы расскажем об операционной системе CHORUS, которую фирма INMOS выбрала в качестве основной операционной системы для своего нового поколения транспьютеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ В МИРЕ И В НАШЕЙ СТРАНЕ

Советский суперкомпьютер - возможен ли он сегодня?

А. И. Масалович

...философские соображения, сколь бы важными они ни представлялись, не должны помешать нам искать пути применения новой техники. Если это удастся, то будущее наше будет лучше, чем можно себе вообразить. Если же нет, то у нас вообще может не быть будущего.

Д. Миш, директор института им. А. Тьюринга (Глазго)

До суперкомпьютеров ли нам сегодня, в голодной отсталой стране, истерзанной многолетним экономическим экспериментированием? В стране, где увеличением объема производства может похвастаться лишь Гознак. Да и можно ли всерьез говорить о суперкомпьютерах, отстав от мирового уровня развития электроники на 6-10 лет (по другим оценкам - навсегда)? Разумеется, было бы наивно полагать, что отечественная наука и промышленность способны своими силами создать действительно конкурентоспособную быстродействующую ЭВМ. Однако, как ни парадоксально, именно сегодня у насесть реальный шанс включиться в европейские и мировые разработки в этой области. Основания для столь оптимистического заявления дает анализ современного состояния и тенденций развития индустрии суперкомпьютеров, составляющий предмет данной статьи. Что же касается вопроса: "Зачем это нам сегодня?", то наилучший ответ на него содержится в эпиграфе. Образно говоря, индустрия суперкомпьютеров - это локомотив прогресса, призванный доставить человечество в XXI век.

И если мы уже сегодня не позаботимся о билетах, то рискуем просто остаться на перроне.

Для того чтобы определить возможные место и роль советской индустрии суперкомпьютеров относительно мировой, необходимо предварительно ответить на три вопроса: "Что собой представляют современные суперкомпьютеры? Для чего они создаются? К чему стремятся их создатели?"

К суперкомпьютерам (часто употребляется также термин суперЭВМ) принято относить наиболее производительные вычислительные машины, быстродействие которых во много раз превышает возможности так называемых "коммерческих" ЭВМ, представленных в данный момент на рынке.

Быстродействие ЭВМ (performance) обычно измеряют в миллионах операций в секунду (MIPS), миллионах операций с плавающей точкой в секунду (MFLOPS), а также в единицах, характеризующих скорость выполнения определенных стандартных тестов. Сегодня применяется около двух десятков таких тестов, наиболее известны тесты Whetstone, Dhrystone и так называемые "Ливерморские циклы" (Livermore Loops). В качестве характеристик применяют также пиковое (т.е. предельно достижимое) (peak) и среднее (sustained) быстродействие. Такое обилие используемых характеристик вызвано невозможностью однозначно ранжировать ЭВМ по быстродействию. Более быстрые при использовании одних тестов модели могут значительно проигрывать в случае использования других.

Например, по оценкам Д. Кука (D. Cook) (Суперкомпьютерный центр при Иллинойсском университете), из одиннадцати типов компьютеров, представленных в Центре, самым высоким пиковым быстродействием характеризуется модель Hitachi

S - 820, в то время как среднее быстродействие выше у модели Cray Y - MP/832, и многие тесты выполняются на ней быстрее.

Что касается конкретных значений быстродействия суперкомпьютеров, то они, во-первых, колеблются в значительных пределах (сегодня это примерно 250 - 30000 MFLOPS), а во-вторых, в последние годы чрезвычайно быстро растут. Достаточно сказать, что еще пять лет назад Оксфордский словарь по вычислительной технике относил к суперкомпьютерам ЭВМ с производительностью свыше 10 MFLOPS. Сегодня этот рубеж перешагнули многие настольные рабочие станции, а пиковое быстродействие, например, компьютера nCUBE. 2 фирмы nCUBE оценивается в 27 GFLOPS ("гигафлопс" - миллиард операций с плавающей точкой в секунду).

Вообще же самыми быстрыми однопроцессорными компьютерами считаются SX - X фирмы NEC (5.5 GFLOPS) и VP - 2600 фирмы Fujitsu (4 GFLOPS). На роль абсолютного лидера по быстродействию претендуют модели примерно десятка фирм, среди которых Cray Computers, Cray Research, Thinking Machines, BBN, SSI, а также вышеупомянутые nCUBE, NEC и Fujitsu и даже всем известная фирма Intel. Выделить среди них "самую быструю ЭВМ" не представляется возможным по приведенным выше причинам.

Разработка суперкомпьютеров, несомненно, является весьма дорогостоящим делом. Достаточно сказать, что первые десять экземпляров знаменитого суперкомпьютера Сгау - 2 в четырехпроцессорном исполнении были проданы по 20 млн. дол. каждый. Кто платит эти миллионы? И для чего вообще создаются все новые и новые модели сверхбыстродействующих машин?

Можно назвать четыре основные причины. Прежде всего, во все времена были и будут задачи, для решения которых мощности существующих ЭВМ недостаточны. Около десяти лет назад нобелевский лауреат Кеннет Уилсон (K. Wilson) составил список наиболее трудных научных проблем, занимающих умы современных ученых. В ряду этих проблем - прогнозирование глобальных климатических изменений, картографирование человеческого генома и другие. Для решения большинства из них нужны новые суперкомпьютеры. Проиллюстрируем это на примере. В одном из исследовательских центров Лос - Аламоса сейчас проводятся работы по моделированию климатических изменений [В мире науки, март 1991, №3, с. 75]. Используемая модель планетарного слоя атмосферы содержит более полумиллиона четырехгранников - это близко к предельным возможностям используемого компьютера фирмы Thinking Machines.

Однако можно подсчитать, что длина стороны каждого четырехугольника может доходить до 30 км, при этом вычисления требуемых параметров выполняются только в вершинах четырехугольников. Естественно, ученые мечтают о более высокой точности вычислений и, соответственно, о более быстрой ЭВМ. Кстати, в первых рядах заказчиков новых суперкомпьютеров для прикладных нужд традиционно стоят военные. Их аргументы более чем убедительны: например, компьютер, обслуживающий тренажер летчика-истребителя, должен просчитывать все изменения в модели воздушного боя за 1 /50 с (и при этом формировать реалистичную картину на экране и приборной доске!). При обработке радиолокационных данных информация обновляется каждые 0,001 с. Понятно поэтому, что при общем сокращении расходов на оборону военные не скупятся на оплату новейших разработок. В США для этих целей даже создано специальное Агентство перспективных разработок в области обороны Defence Advanced Research Projects Agensy - (DARPA) с многомиллионным бюджетом.

Вторая причина лежит в области политики. Помимо конкретной практической пользы, которую приносят суперкомпьютеры той или иной стране, само их существование дает определенные очки в мировой политической игре, как, скажем, наличие ядерной энергетики или золотого запаса. Сегодня термин "вычислительная мощность государства" используется в одном ряду с другими показателями экономического состояния страны.

Третья причина - философская. Какие-то, не изученные еще до конца мотивы двигают человечеством, заставляя вкладывать огромные деньги в полеты на Луну или создание растрового микроскопа, основанного на использовании туннельного эффекта. Усилия, связанные с разработкой новых Суперкомпьютеров, примыкают к проектам подобного рода, проектам, которые зачастую не дают немедленной отдачи, но тем не менее считаются полезными, поскольку раздвигают границы наших знаний о мире и демонстрируют могущество человека. Кстати, вынесенные в эпиграф слова были сказаны в обоснование одного крупного и дорогостоящего проекта суперкомпьютера для задач искусственного интеллекта.

Наконец, четвертая причина, побуждающая разработчиков браться за новые проекты суперкомпьютеров, - это стремление "проверить на прочность" свежие идеи и технологические новинки. Многие ведущие фирмы, разрабатывающие суперкомпьютеры, были когда-то основаны талантливыми людьми, стремившимися наиболее полно реализовать свои новые идеи (не имея, как правило, конкретных заказчиков). Так было с Сеймуром Крэем (S. Cray), основателем фирмы Cray Research; со Стивом Ченом (S. Chen), ушедшим от Крэя и основавшим фирму Supercomputer Systems Inc. (SSI); с Дэнни Хиллисом (D. Hillis), самым колоритным разработчиком самого быстрого из высокопараллельных компьютеров (фирма Thinking Machines).

Кстати, взгляд на суперкомпьютеры, как на полигон новых научно-технических решений, объясняет "мирное сосуществование" моделей, различающихся по быстродействию более чем в сто раз.

Какие цели ставят сегодня перед собой разработчики суперкомпьютеров? Удивительно, но в последнее десятилетие XX века наблюдается редкое единодушие в формулировке перспективных планов (вспомним разнобой мнений пять лет назад, после обнародования японского проекта ЭВМ пятого поколения). Разработчики говорят: "К концу века должен быть создан компьютер (условно обозначаемый ЗТ) с быстродействием 1012 операций с плавающей точкой в секунду, памятью 1012 байт и скоростью передачи данных в 1012 байт в секунду". Для измерения быстродействия этой гипотетической машины уже придумана единица 1 TFLOPS ("терафлопс" - триллион операций с плавающей точкой в секунду), а Хиллис уже осваивает первые миллионы долларов, вложенные в проект "терафлопной" машины СМ - 3 фирмы Thinking Machines.

"Триллион операций в секунду - это то, что нам надо", - вторят разработчикам специалисты - прикладники. - "Этого достаточно для достоверного решения таких задач, как расчет обтекания фюзеляжа сверхзвукового самолета, моделирование торнадо, а также для большинства других известных задач."

"Это то, к чему стоит стремиться", - добавляют пессимисты, поскольку создание такого компьютера позволит в десять раз превзойти физически достижимые предельные характеристики традиционной вычислительной техники. Достигнув нового рубежа, человечество будет вынуждено совершить переход к принципиально новым вычислительным системам. Возможно, они будут основаны на биомолекулярной технологии, или будут выполнены на оптических переключателях, а может быть, в них будут заложены неведомые еще физические принципы. В любом случае это будет уже другая страница истории науки.

Цель достижения "трех Т" замечательна, но как она соотносится с сегодняшним состоянием электроники в нашей стране? Самые быстрые из советских компьютеров с гипотетической максимальной конфигурацией могут достичь пикового быстродействия 10 GFLOPS. И это предел, причем как в чисто техническом плане, так и в научном. С чем можем мы выйти в мир, где мыслят "терафлопсами" и "гигабайтами" ? Чтобы ответить на этот вопрос, бросим беглый взгляд на советскую индустрию суперкомпьютеров.

А был ли советский суперкомпьютер ?

 

В сентябре 1991 года в Новосибирском Академгородке под руководством профессора Миренкова проходила Международная конференция "Технологии параллельных вычислений". Судя по всему, иностранные гости остались довольны как организацией, так и научным уровнем конференции. Однако в последний день, после всех докладов, прогулки на теплоходе и экскурсии в Вычислительный центр СОАН СССР один профессор из Великобритании заметил: "То, что вы рассказываете о советских компьютерах, очень интересно. Хотелось бы знать, какие из них существуют на самом деле?"

Вопрос, как говорится, не праздный. Действительно, десятилетиями существовали две точки зрения. Согласно одной из них, в СССР уже давно имеются потрясающе быстрые компьютеры, только они страшно засекречены, поскольку работают на оборону и освоение космоса. Согласно другой, все это миф, и единственный секрет всех наших "ящиков" - уровень отставания от Запада. Интересно, что оба высказывания недалеки от истины.

Поясним это на примере специализированного процессора ЕС - 2720. Если бы сообщение о его возможностях появилось в прессе в начале 80-х годов (когда процессор прошел госиспытания), оно произвело бы эффект разорвавшейся бомбы. Еще бы, кому могло придти в голову, что СССР обладает процессором, который по быстродействию не уступает знаменитой суперЭВМ STARAN, "любимой игрушке" не одного поколения американских военных. Понятно, что появление такой информации в те годы было совершенно невозможно.

Строки, которые вы читаете, - это, вероятно, второе упоминание о ЕС-2720 в открытой печати. И появилось оно благодаря тому, что мне попалось на глаза первое - на английском языке, в книге, изданной в Сингапуре [Parallel Computing Technologies/Ed. by N. N. Mirenkov. -Singapore: World Scientific, 1991. - P. 317] .Что же тут удивляться слухам и разнобою мнений!

Тем не менее время для увлекательного разговора о специализированной вычислительной технике еще не пришло. Поэтому вернемся к компьютерам общего назначения. (Чтобы закончить с ЕС-2720, скажу, что сейчас он мирно доживает свой век в компьютерном центре "Сибирь" СОАН СССР, приводя в восторг сибирских ученых эффективным решением геофизических и иных задач.)

Когда-то давно, на заре компьютерной эры, уровень советской вычислительной техники нисколько не уступал мировому. СССР обладал мощнейшей по тем временам вычислительной системой БЭСМ-6, быстродействие которой достигало 1 MIPS. Эту "рабочую лошадку" до сих пор вспоминают в институтах и лабораториях Академии наук. Операционная система "Дубна" также не уступала другим ОС того периода. Язык программирования РЕФАЛ, разработанный советскими учеными, уже третий десяток лет применяется во всем мире при решении задач искусственного интеллекта.

Однако, начиная с 60-х годов, постепенно наметилось отставание советской компьютерной индустрии от мирового уровня. Различия в быстродействии отечественных и зарубежных процессоров, качестве периферийных устройств, степени интеграции элементной базы становились все заметнее и привели в конечном итоге к утрате конкурентоспособности советских изделий на мировом рынке.

Что послужило причиной отставания? Можно перечислить целый ряд объективных и субъективных факторов, однако наиболее существенными из них представляются два: низкий уровень технологии изготовления основных компонентов компьютеров и ориентация на воспроизведение прототипов. Трудно сказать, какой из этих факторов серьезнее. Одно можно утверждать определенно: принятый четверть века назад курс на копирование зарубежных образцов (наиболее яркий пример - серия ЕС ЭВМ, воспроизводящая модели ряда IBM 360/370) был по сути своей ошибочным, поскольку предполагал неизбежное отставание от прототипа на несколько лет.

Насколько велико отставание сегодня? Чтобы не заниматься гаданием, посмотрим на рисунок, из которого видно, что советский аналог каждой из указанных западных микросхем появлялся на свет на несколько лет позже своего прототипа. В 70-е годы разрыв составлял около 5 лет, в 80-е - вырос до 7-8 лет. Микропроцессоры сегодняшнего дня, такие, как Intel 860 или Motorola 68040, пока в СССР не реализованы.

Если бы производительность компьютеров определялась только быстродействием процессорных элементов. Советский Союз давно уже сошел бы с дистанции в состязании суперкомпьютерных держав. К счастью, это не так. Для повышения производительности существует много путей. В 70-е годы основные усилия тратились на миниатюризацию и создание более быстродействующих элементов, в 80-е - на упаковку и охлаждение, в начале 90-х перспективными считаются распараллеливание обработки данных и интеллектуализация интерфейса с пользователем. И в течение всех этих лет шли эксперименты с архитектурой многопроцессорных суперЭВМ. Например, еще в 1971 году фирма Burroughs выпустила трехпроцессорную ЭВМ В6700 со стековой архитектурой и высоким уровнем машинного языка. А в 1978 году увидела свет советская стековая ЭВМ "Эльбрус-1" (которую шутники почему-то прозвали "Эль - Бэрроуз").

В состав комплекса "Эльбрус-1" могли входить до 10 процессоров производительностью 1-1,5 MIPS каждый. В следующей модели, "Эльбрус-2", при том же числе процессоров производительность каждого из них была увеличена до 10 MIPS.

Другую архитектуру имеют так называемые матричные процессоры, содержащие большое число сравнительно простых процессорных элементов. По известной классификации Флинна (Flynn) они относятся к классу систем типа SIMD (см. словарь на с. 15). Из советских матричных процессоров наиболее известна система ПС - 2000, принятая Государственной комиссией в конце 1980 года. Максимальное число процессорных элементов в системе составляет 64, при этом считается, что может быть достигнута производительность 200 MIPS, хотя при решении реальных задач среднее быстродействие системы составляет примерно 10 MIPS. Как и многие SIMD - системы, ПС-2000 является специализированной ЭВМ, ориентированной на решение задач определенных классов.

Развитием этого направления стала система более широкого применения - ПС-3000, имеющая смешанную архитектуру. В ПС-3000 представлены как универсальные процессоры, использующие общую память в режиме SIMD, так и специализированные векторные процессоры.

В начале 80-х годов в Европе обрела популярность концепция транспьютеров как процессоров, способных непосредственно обмениваться

информацией друг с другом и обслуживать несколько независимых процессов. Естественно, в Советском Союзе, как и в других странах, предпринимались попытки разработать свой оригинальный транспьютер. Наиболее удачной из них была работа над процессором КРОНОС в рамках проекта "МАРС - Т".

Разработка мини-суперкомпьютера "Марс - Т" была начата в середине 80-х годов. В его создании принимали участие специалисты из Сибирского отделения Академии Наук СССР (Новосибирск), Института кибернетики АН Эстонской ССР (Таллинн) и Научно-исследовательского института управляющих вычислительных машин (Северодонецк). Разработка архитектуры нового компьютера базировалась на идее минимизации количества связей путем группирования функциональных модулей в иерархическую систему. Базовым вычислительным модулем компьютера "МАРС - Т" являлся специально разработанный транспьютероподобный процессор "КРОНОС". Число процессоров в системе могло варьироваться от одного до нескольких десятков.

Несмотря на то, что компьютер "МАРС - Т" был полностью оригинальным, на его разработку оказали большое влияние идеи, заложенные в транспьютерах серии Т400 английской фирмы INMOS и в рабочей станции Lilith, разработанной Н. Виртом в Швейцарии. Как и в компьютере Lilith, в компьютере "МАРС - Т" набор команд был ориентирован на эффективную реализацию языка Модула-2. Однако по сравнению с компьютером Lilith "МАРС - Т" обладал рядом серьезных преимуществ:

увеличенной длиной слова, упрощенной выборкой команд, возможностью организации асинхронных связей между процессорами. В наборе команд процессора "КРОНОС", как и в Т400, были средства управления процессами и организации связи между ними по каналам. Программа представлялась как набор принципиально независимых процессов, управляемых от данных, событий или условий.

К сожалению, отличие процессора Т424 от процессора "КРОНОС" было не в пользу последнего. Уровень технологии не позволил реализовать "КРОНОС" на одном кристалле. Процессор занимал целую плату. Одним из следствий этого явилось пятикратное по сравнению с обеспечиваемым процессором Т424 увеличение времени цикла.

Самобытный компьютер "МАРС - Т" и его "сердце" - процессор "КРОНОС", постигла судьба многих талантливых разработок. Компьютер, реализованный на восьми процессорах и успешно прошедший испытания, в серийное производство так к не попал.

Из существующих на сегодняшний день советских суперкомпьютеров можно назвать две модели: "Эльбрус-3" и "Электроника ССБИС". Создатели многопроцессорного вычислительного комплекса "Эльбрус-3" утверждают, что максимальный 16 - процессорный вариант их детища способен показать пиковое быстродействие до 10 GFLOPS (!). Авторы суперкомпьютера "Электроника ССБИС" (который кто-то из иностранцев назвал "Красным Крэем") немного осторожнее в оценках. Производительность каждого из двух векторно - конвейерных процессоров суперкомпьютера они оценивают в 250 MFLOPS.

Вообще-то компьютеры с такими характеристиками могли бы неплохо выглядеть на мировом рынке. Однако этого не наблюдается, так как названные модели проигрывают по сравнению с западными по эксплуатационным и массогабаритным характеристикам, надежности, сетевым и графическим возможностям и ряду других параметров. Главный же недостаток этих моделей (в глобальном смысле) - "выработка ресурса" заложенных в них идей. Нет шансов на то, что дальнейшее развитие архитектуры этих компьютеров приведет к существенному увеличению быстродействия. И это проблема не только для советских суперкомпьютеров, это головная боль всех разработчиков компьютеров с векторно-конвейерной архитектурой. Несмотря на то, что сегодня модели этого типа задают тон на рынке суперкомпьютеров, направление главного удара в борьбе за мегафлопсы находится в другой области.

Куда двигаться дальше?

 

Мы бросили беглый взгляд на состояние дел в мире суперкомпьютеров. Пришел момент вернуться к обещанным в начале статьи перспективам участия СССР в передовых научно-технических разработках. Для этого предлагается сыграть в игру, когда-то предложенную "Литературной газетой": "Если бы директором был я". Представим себе, что нам в руки попала дирижерская палочка, позволяющая управлять "оркестром" участников современных суперкомпьютерных программ. В первых рядах этого "оркестра" - заказчики во главе с военными, за ними следует компьютерная индустрия, затем - отраслевая и академическая наука, к которой примыкают университеты и вузы. Разберем с каждым участником его партию.

Прежде всего, всем заказчикам, и в первую очередь военным, необходимо провести короткие научно-исследовательские разработки с целью определения оптимальной по критерию производительность/стоимость конфигурации вычислительных средств для решения их задач. Такие НИР (стоимостью не более 200 тыс. каждая) позволят локализовать и объединить области, где применение суперкомпьютеров действительно необходимо, и тем самым сэкономить миллионы рублей. Опыт показывает, что большинство из тех, кто выступает за создание новых суперсистем, в действительности может обойтись существующими мини-суперЭВМ, расширенными одной-двумя специализированными платами.

Во-вторых, предлагается на время вывести из игры в суперкомпьютеры нашу электронную промышленность. "Если Вам по весне захотелось обзавестись возлюбленной, не стоит брать амебу и ждать, пока она революционизирует", - говорил когда-то доктор У. Маккалох. Для создания современных суперкомпьютеров необходимы БИС со степенью интеграции свыше 800 тыс. транзисторов на кристалле. Наша промышленность потратила последние пять лет на то, чтобы освоить в восемь раз меньшую плотность упаковки. Необходимо время для коренного переоснащения отрасли.

Тем временем отраслевая наука может создать современный и вполне конкурентоспособный мини-суперкомпьютер (Да - да!). Представим себе процессорное поле, состоящее из нескольких (от 1 до 16) транспьютеров, например, типа Т805. Пусть каждый из транспьютеров имеет собственную локальную память емкостью до 16 Мбайт и делит ее с быстродействующим математическим сопроцессором (например, типа i860). Управляется процессорное поле локальной сетью 32-разрядных рабочих станций (типа Sun SPARC, RS/6000 и т.д.). Большинство используемой аппаратуры стандартно, свои только системы питания, охлаждения и коммутации. (По такому пути идут сейчас многие мировые фирмы, в том числе широко известная Meiko). Уже разработано несколько советских проектов подобного типа, в их числе "Квант", "Интеркуб", "Парвек" и другие. Такой проект может быть реализован за 1,5-2 года и потребует примерно 3 млн. долларов и 20 млн. рублей, что по европейским меркам немного и вполне по силам любому нашему ведомству.

Большая часть усилий при этом будет потрачена на адаптацию стандартного и разработку нового программного обеспечения.

Возникает резонный вопрос: "А как же быть с правилами Комитета по контролю над экспортом в страны Восточной Европы - пресловутого СОСОМ?" Ведь закупка современных микропроцессоров и любой мало-мальски мощной рабочей станции попадает под запреты этой хмурой организации. Будем реалистами. Запреты СОСОМ в их сегодняшнем виде не лишают нас компьютеров. Они скорее лишают прибылей их создателей. Сотня - другая рабочих станций (чего в принципе будет достаточно для оснащения суперкомпьютерами описанного выше типа всех заинтересованных академий, ведомств и штабов) способна "просочиться" через любые барьеры.

Специалисты по теоретическим аспектам параллельных вычислений имеют сегодня реальный шанс поучаствовать в самых передовых мировых программах разработки суперкомпьютеров. Это связано не только с тем, что достаточно полной теории автоматического распараллеливания вычислений не существует, а потребность в ней огромна- Сегодня мы становимся свидетелями рождения целого "созвездия" новых научных дисциплин, связанных с нейрокомпьютерами, оптоэлектроникой, компьютерами, управляемыми потоком данных (dataflow machine). Сосредоточив усилия на этих направлениях, можно реально приблизить рождение суперкомпьютеров новых типов.

Наконец, для приобщения вузов и университетов к работам над суперкомпьютерами необходимо создавать широкодоступные суперкомпьютерные центры, подобно тому, как это было сделано в США в начале 80-х годов. Когда Национальный научный фонд США принял решение субсидировать пять университетских центров для этих целей, что ознаменовало новую эпоху в разработке и освоении суперкомпьютеров. Тысячи научных работников и аспирантов получили доступ к невиданным доселе вычислительным мощностям. Из числа этих аспирантов вышли Чен, Хиллис, Дэвенпорт (Chen, Hillis, Davenport) - все те, кто задают тон в разработке новейших машин. Если мы хотим, чтобы наших аспирантов ждала такая же судьба, необходимо уже сегодня предоставить им доступ к "Эльбрусу-3", "Электронике ССБИС" - и что там у нас есть еще? И как знать, может быть, к 2000-му году исчезнет с повестки дня вопрос: "На сколько же лет мы отстали?".

benchmarking - оценка производительности вычислительной системы с помощью эталонной тестовой задачи.

concurrency (параллелизм) - параллельное выполнение нескольких процессов. Термин применяется при описании общих принципов организации одновременного выполнения процессов в вычислительной системе.

dataflow machine (компьютер, управляемый потоком данных). Сегодня является предметом интенсивных исследований, поскольку основан на новых принципах управления, отличных от классической фон - Неймановской концепции последовательного потока управляющих команд.

Flynn classification (классификация Флинна) - один из наиболее распространенных способов классификации вычислительных систем. Согласно классификации Флиина, вычислительные системы делятся на четыре категории :

SISD (Single Instruction, Single Data) - система с одним потоком команд и одним потоком данных ;

SIMD (Single Instruction, Multiple Data) - система с одним потоком команд и несколькими потоками данных ;

• MISD (Multiple Instruction, Single Data) - система с несколькими потоками команд и одним потоком данных ;

MIMD (Multiple Instruction, Multiple Data) - система с несколькими потоками команд и несколькими потоками данных. Практически все сегодняшние суперкомпьютеры относятся к категориям SIMD и MIMD, причем в каждой из категорий представлен широкий диапазон архитектур.

MFLOPS (Million Floating-point Operations Per Second) (миллион команд с плавающей точкой в секунду) - одна из основных единиц измерения производительности вычислительных систем.

MIPS (Million Instructions Per Second) (миллион команд в секунду) - одна из единиц измерения производительности вычислительных систем.

multicomputer (многомашинная система) - этим термином обозначают слабосвязанные многопроцессорные системы с распределенными локальными запоминающими устройствами.

neural network (нейронная сеть) - архитектура вычислительной системы, в той или степени моделирующая процесс обработки информации нейронами мозга.

VLSI (Very Large - Scale Integration) (сверхвысокий уровень интеграции) - технология изготовления интегральных микросхем, позволяющая объединять в одном кристалле более 1 млн. транзисторов. Технология VI SI является основой изготовления элементной базы практически всех современных суперкомпьютеров.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тонкие Энергии

Вот! Над этим, право, стоит задуматься.

С тех пор как современная точная наука включила в круг своих интересов такие “лирические” темы, как психология, явления в обществе и в общественном сознании, возникла практическая потребность в определении причин и побудительных мотивов процессов движения нефизического типа.

Когда два материальных тела, например бильярдные шары, взаимодействуют, тут все ясно (правда, пока их только два. Когда их больше, ситуация резко усложняется: начинают играть роль корреляции, и возникают разного рода коллективные состояния, исследуемые в теориях динамического хаоса). Понятно, что кинетическая энергия шара при столкновении переходит в потенциальную энергию упругости, каковая тут же превращается в кинетическую, — шарик отскакивает.

Нетрудно вообразить целый “мир”, наподобие бильярдного стола, на который так интересно смотреть сверху (божественное занятие, не правда ли?), наблюдая бесчисленные акты взаимодействия - следствия первоначального толчка, начальной порции энергии, первопричины действа. Нетрудно также понять, что обмен энергий при каждом взаимодействии - суть следствие прошлых взаимодействий и одновременно - причина будущих.

То есть, попросту говоря, энергия есть причина будущих взаимодействий, а их характер определяется качеством и типом имеющейся энергии.

Возвращаясь к сказанному ранее о науках, занимающихся исследованием “нефизических” процессов, можно увидеть, что и взаимодействия “участников” этих процессов не протекают без наличия соответствующих причин. Логично поставить им в соответствие некоторые “энергии” (за неимением другого слова воспользуемся пока этим).

Аналогия тут прозрачна: энергия в физике - причина движения и взаимодействия физических объектов; “энергии” в психологии или социальной динамике есть причины “движений” и взаимодействий, соответствующих этим областям и характерных для них.

Кстати сказать, именно эти “нефизические энергии”, получив наукообразное название “тонкие энергии” (то есть нерегистрируемые физическими — “грубыми” — приборами. Ну, все верно - действительно не регистрируемые), прочно прижились в арсенале понятий огромного числа мистических и эзотерических направлений. что естественным образом привело к инстинктивному желанию многих серьезных исследователей держаться подальше от всего “тонко энергетического”. Скажите-ка кому-нибудь из физиков, что вы интересуетесь тонко энергетическими процессами, - увидите, что получится... Да на любого добропорядочного физика эта штука действует, как на быка красная тряпка площадью в пятьсот квадратных километров. Проверено.

Точно так же не стоит ему говорить, что взаимодействие между физическими объектами происходит “по их карме”, хотя именно закон кармы - фундамент мировоззрения Востока - буквально утверждает, что любое явление (движение, взаимодействие, причем везде — хоть “в физике”, хоть “вне физики”) имеет причину. Само является следствием и одновременно причиной следующих взаимодействий. В принципе, законы физики - суть частные формулировки закона кармы для мира физических объектов, но говорить так в компании физиков ни в коем случае не советую.

Тем не менее, именно через строгое математическое описание “тонких энергий” как причин явлений в психологии личности и коллектива, в социальной динамике, в нарождающейся теоретической истории, в таких сугубо практических областях, как управление общественным сознанием, лежит путь исследования нефизического.

За тысячелетия развития практической философии и психологии под глухим покровом тайны (эзотерическое знание - тайное знание, знание не для всех, в отличие от экзотерического; еще бы ему не быть тайным, если обладание им дает возможность властвовать над умами и успешно строить свою жизнь чужими руками. Но все это - не более чем “побочный продукт”, “ядовитые отходы” неудачных попыток овладеть истинной наукой и искусством жизни), - так вот, за тысячелетия было найдено и исследовано большое количество тонких и тончайших энергий - внутренних человеческих мотивов и побуждений, - словом, проделана колоссальная исследовательская работа! Но добытые зерна истины оказались завалены такими пластами заблуждений, домыслов и спекуляций разного рода, что без строгого - математически строгого! — подхода нет надежды расчистить эти завалы и воспользоваться добычей гениальных предков - Адептов тайного знания, Мастеров мудрости.

Обидно тут вот что. До хрипоты спорили два хороших человека...

Спорили о словах...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

концепция “умной пыли” (smart-dust).

Берд Киви

[kiwi@computerra.ru]

 

Четыре года назад американские ученые из военного исследовательского агентства DARPA выдвинули концепцию “умной пыли” (smart-dust). Суть идеи в том, чтобы разбрасывать над зоной боевых действий многие тысячи крошечных сенсоров-радиопередатчиков, которые незаметно для противника станут отслеживать все его перемещения и действия. Предполагалось также, что простенькие по отдельности сенсоры будут самоорганизовываться в наделенную определенным интеллектом сеть, которая уже сможет производить фильтрацию и первичную обработку собранных данных, дабы переправлять командованию лишь существенную информацию.

 

В момент первой публикации идея “умной пыли” представлялась многим скорее фантастикой или, по крайней мере, делом отдаленного будущего. Однако сама концепция вызвала в компьютерном сообществе большой интерес, породила несколько нетривиальных проектов и множество открытых публикаций о невоенных приложениях технологии. Одной из самых плодотворных разработок в этом направлении стал совместный проект Калифорнийского университета в Беркли и корпорации Intel, в рамках которого созданы умные сенсоры Motes (“пылинки”) с собственной операционной системой TinyOS и базой данных TinyDB (webs, cs.berkeley.edu).

Создатели и сенсоров взяли за основу модель разработки продукта с открытым исходным кодом, так что ныне, по сообщению журнала “ЕЕ Times”, в мире насчитывается больше сотни исследовательских групп, работающих над испытаниями разнообразных прототипов “умной пыли” такого рода.

Что представляет собой базовый прототип “пылинки”, созданной в Беркли? Прежде всего, это микроплата сенсора, ориентированного на то или иное приложение, соединенная с платой контроллера беспроводной связи и вместе с ним заключенная в герметичный корпус. Сейчас уже просматриваются технологические возможности для реализации этой конструкции в одно - чиповом исполнении и упаковки в корпус объемом менее кубического миллиметра. Но пока что исследователям удобнее работать с модульной архитектурой для более гибких манипуляций с отдельными компонентами — сенсорами, связью, интеллектуальной начинкой пылинок-сенсоров и пылинок-шлюзов, питанием и пр.

Помимо поддержки экспертов из Intel, проекту оказывает финансовую помощь DARPA, а официально вся исследовательская программа имеет длинное название Network Embedded Systems Technology Program. В ее рамках по заказу университета Беркли компания Crossbow Technology изготовила для тестирования несколько сотен “умных пылинок” Mote. Вся документация является открытой, так что фирме Crossbow разрешено изготовлять эту аппаратуру для любого заказчика.

Поскольку объем памяти “пылинок” составляет лишь несколько сотен или тысяч байт, то для их совместной работы потребовалась специфическая “крошечная” ОС, или TinyOS, оперирующая файлами размером порядка 200 байт. Операционная система тоже построена по модульному принципу - для повышения надежности и для работы в условиях конкретного приложения отбирается лишь необходимый минимум компонентов.

В основу самоорганизации сети положено принятие решений на основе простых “локальных правил”, приводящих к формированию иерархически структурированной архитектуры. Когда на местности развернуты тысячи сенсоров и сотни шлюзов - маршрутизаторов, то простое правило для каждого сенсора гласит: “Установить связь с ближайшим шлюзом”. Соответственно, группы сенсоров формируют естественные “деревья” вокруг ближайших шлюзов. “Крошечная” база данных, или TinyDB, тоже имеет модульную структуру. При этом, поскольку работа базы заключается в накоплении и анализе данных, а не передаче их в шлюз, связь с маршрутизатором устанавливается лишь в случае необходимости - когда готов окончательный анализ. По сути дела, TinyDB проводит локальную внутрисетевую обработку данных, которая в значительной степени оказывается независимой от приложений, что существенно расширяет пригодность системы для самых разнообразных задач по сбору информации.

Помимо военных и полицейских приложений, самоорганизующиеся сенсорные сети могут использоваться в мирных, гражданских целях - начиная от наблюдения за окружающей средой и заканчивая присмотром за пожилыми или немощными людьми. Фактически создается принципиально новый класс “сильно распределенных” компьютеров, которые лет через десять войдут в фазу зрелости и откроют целый ряд новых, немыслимых прежде перспектив. По крайней мере, так полагают эксперты, работающие в этой области.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

почти живой

КОМПЬЮТЕР

Живой организм вынужден постоянно ремонтировать сам себя. Например, при каждом нашем движении лопается какое-то количество кровеносных капилляров, но эти поломки тут же “заштопываются”.

В лаборатории американской фирмы “Хьюлетт - Паккард” работает суперкомпьютер “Терамак”, который ведет себя точно так же. Он исходно сделан из бросовых материалов: из его 864 микропроцессоров три четверти обладают разными дефектами, и фирма-производитель собиралась их выбросить, но подарила “Хьюлетт - Паккарду”. Микропроцессоры соединены самыми дешевыми проводниками, какие только удалось найти, и качество у них соответственное. Зато их очень много, между микросхемами больше соединений, чем в обычном компьютере. При первом испытании свежесобранной машины обнаружилось 220 тысяч дефектов. Но “Терамак” исправно работает. Он будет работать, даже если из его внутренностей вырвать пару микросхем, а несколько кабелей порвать. Возможно, при этом быстродействие компьютера несколько упадет, но работа не прекратится. Все равно “Терамак” работает раз в сто быстрее, чем мощная “персоналка” с совершенно исправным, но единственным микропроцессором.

Весь секрет в специальной программе, которая постоянно проверяет состояние всех деталей и при выявлении неисправностей выбирает обходные пути, исключая из работы дефектные участки. Создатели “Терамака” считают, что можно уничтожить до 90 процентов их детища, а остаток будет действовать.

Зачем создан такой “неисправный” компьютер? Дело в том, что детали микросхем становятся все мельче, и все труднее становится изготовить совершенно бездефектный микропроцессор. Не менее сложно в случае поломки найти и заменить неисправную деталь. Компьютеры близкого будущего смогут справляться со своими проблемами самостоятельно.

Der Spiegel №26,1998.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лев Бернштейн

преподаватель логики в МГУ

Позвольте полюбопытствовать, что такое, по-вашему, женская логика? Покажите мне определение, если вас не затруднит. Логика бывает многозначная, положительная, диалектическая, интуиционистская, вероятностная, минимальная, символическая... Так что вы сначала определитесь, а потом уж компьютеры создавайте.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Третьего дано.

Слышали ли вы когда-нибудь о нечеткой логике? Нет, я не про ту, которая нечетко работает, а про ту, которой дают на вход нечеткие данные, а она все равно четко работает. Есть такая буква! Назовете слово целиком? Ладно, подсказываю; “fuzzy”. Встречали, разумеется. На стиральных машинах, микроволновках, кондиционерах, видеокамерах. Правда, продавец та к и не мог объяснить вам, что это такое и почему дороже стоит.

С развитием вычислительной техники, которая давным-давно обогнала по быстродействию отдельных логических элементов человеческий мозг, выявился казус: с одной стороны, задачи, которые не под силу решить человеку за приемлемое время, легко выполняются не самыми крутыми микропроцессорами, а с другой - то, с чем легко справляется человек, до сих пор с трудом “переваривают” компьютеры. Проблема в том, что ситуация напоминает разговор глухого со слепым - компьютер и человек оперируют разной логикой. Первый не признает компромиссов: да или нет, ноль или единица. Человек таких ограничений всячески избегает, оставляя путь для отступления на случай неверного ответа. Оно и понятно: если для машины ответ не имеет никакого значения, то для человека он — основа выживания, когда постоянно приходится выбирать меньшее из возможных зол. Собственно, и при определении путей развития компьютеров мы несколько сомневаясь, выбрали цифру вместо аналогового сигнала, и, на тот момент, в ряд ли ошиблись.

Но путь для отступления остался, 1 и, вдоволь наигравшись с тем, что выросло из булевой алгебры, можно оглянуться назад, чтобы с новых позиций оценить идеи, оставленные нами до лучших времен.

Идеи отказа от двоичного представления информации витают в воздухе давно. Помнится, редакция даже получала статьи, описывающие преимущества троичной логики (“да”, “нет”, “не знаю”) перед двоичной, но не сочла возможным публиковать их. Дело не в том, что такой подход к логике невозможен или ошибочен (первые работы по троичной логике появились в 1900 году, ею, в частности, занимался Дональд Кнут), а в том, что за троичной логикой будет (и действительно была) “четверичная”, “пятеричная” и так далее, а между тем довольно давно разработаны более общие принципы построения логических систем, позволяющие оперировать с любой многозначной логикой, в свете которых двоичная или троичная является всего лишь частным случаем. Это так называемая нечеткая логика (fuzzy logic), а принципы ее подобны тем, которыми руководствуется человек, принимая решения. Разумеется, это не панацея и не переворот в компьютерном мире, нечеткая логика не решит тех задач, которые не решаются на основе логики двоичной, но во многих случаях она удобнее, производительнее и дешевле.

Реализация нечеткой логики может быть различной. В самом простом случае ее можно сделать программной эмуляцией на базе существующих процессоров классической архитектуры (и для этого существует немало программных средств, с одним из которых можно подробнее ознакомиться в следующей статье), но для получения реальных преимуществ в быстродействии лучше подходят специализированные аппаратные решения, информация о некоторых из них приведена во врезке.

Если двигаться дальше по пути приближения к принципам работы мозга, а именно каскадировать fuzzy - вычислители, мы получим один из вариантов нейропроцессора или нейронной сети. Во многих случаях эти понятия просто объединяют, называя общим термином “neuro-fuzzy logic”. Углубляться в дебри нейросетевых вычислений мы сейчас не будем - они вполне заслуживают отдельной темы номера, представим лишь две реализации нейровычислителей “в железе” от компании Intel, информация о которых была закрыта Министерством обороны США сразу после их появления. Следует отметить также, что в Интернете, набитом под завязку данными по микроэлектронике, ресурсов по нечеткой логике, fuzzy-процессорам и нейропроцессора м не та к уж и много. Из того, что есть, большинство датировано не позднее, чем 1998 годом, но даже для них три четверти ссылок не работа ют.

Вероятно, этот факт объясняется серьезным интересом военных к подобным разработкам: так, известно, что NASA рассматривает возможность применения (если еще не применяет) нечетких систем для управления процессами стыковки космических аппаратов. Будем надеяться, новые технологи и достанутся не толь к военным, и нам не придется узнавать о них со слов Терминатора..

Некоторые аппаратные fuzzy – процессоры

• ST52 Dualogic (ST Microelectronics) -семейство 8-битовых микроконтроллеров, содержащих в одном корпусе традиционное вычислительное ядро, ядро для fuzzy-вычислений и периферийные схемы. Поддерживает специальный набор инструкций для работы с нечеткой логикой и позволяет определять несколько независимых наборов правил для нескольких различных алгоритмов

• ST62 (ST Microelectronics) - 8-битовый микроконтроллер со встроенной, однократно программируемой памятью для автомобильной промышленности, продолжение семейства Dualogic. Расширенны и температурный диапазон (от -40° до +125°С), гарантированный срок хранения данных для памяти EPROM и EEPROM не менее 20 лет.

• 68НС12 (Motorola) -fuzzy-микроконтроллер, базирующийся на ядре Motorola 68HC11 и содержащий специальные функции нечеткой логики. Предназначен для использования с программным пакетом fuzzy TECH и позволяет увеличить скорость выполнения приложений, созданных в этом пакете, до 15 раз и компактность кода до 6 раз по сравнению с реализацией на обычном ядре 68HC11.

• VY86C570 (Togai InfraLogic) – fuzzy - сопроцессор, 12 - битовое ядро FCA( Fuzzy Corn putationa I Accleration), 4Kx12 бит памяти ОСТО (Observation, Conclusion, &Temporary Data), память RB (Rule Base). и интерфейсная логика в одном корпусе. т SAE 81C99 (Siemens) – fuzzy - процессор. способный выполнять восемь программируемых алгоритмов, обрабатывать 256 входных переменных и формировать до 64 выходных значений максимум по 16384 правилам. Может использоваться как отдельное устройство или в качестве сопроцессора для 8 и 16 - разрядных микроконтроллеров. Скорость работы - 10 миллионов правил в секунду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нечеткая логика

Сергей Никольский

[nikolskys@mail.ru]

Первыми на нечеткую логику обратили внимание японские автомобилестроители. В 1991 году компания Nissan впервые применила компоненты нечеткой логики в системе управления пятискоростной автоматической коробкой переключения передач (АКПП), годом позже аналогичная система появилась на автомобилях Honda. Тогда же Mitsubishi Motors представила модель Lancer (каталоги относят ее к 1993 году, но зарубежные компании в таких случаях традицией но забега ют вперед) с системой АБС на основе процессора с нечеткой логикой. Еще годом позже спохватились и американцы: концерн General Motors применил подобную систему для управления АКПП, но угнаться за японцами было не просто к этому времени на том же Nissan была внедрена нечеткая логика в системах управления впрыском топлива для бензиновых двигателей.

Ко второй половине прошлого десятилетия системами с использованием нечеткой логики штатно оснащались машины уже у помянутых Nissan, Mitsubishi и Honda, a BMW, Hyundai, Mazda, Mercedes и Peugeot планировали внедрить такие системы (вели подобные разработки и компании, сами автомобилей не производящие, например Bosh и Nippon Denso). Здесь нужно пояснить, что открытой информации о применении в тех или иных моделях систем с нечеткой логикой на сегодня попросту нет. И дело не только в защите производителями своих секретов. Отношение к самому понятию “нечеткие системы” в разных странах разное. Для японцев, “взрастивших” это направление, понятие “fuzzy” означает передовую технологию и использовании элементов искусственного интеллекта, соответственно само слово фигурирует в технических описаниях и рекламе устройств в качестве их несомненного достоинства.

Для европейцев же фраза типа “тормозная система с использованием нечеткой логики” звучит практически эквивалентно “нечеткой тормозной системе”, что потребитель может воспринять не совсем адекватно. Большинство европейских производителей просто не афиширует применение нечеткой логики, оправдываясь тем, что вся “нечеткость” зашита в микропрограмму управляющего контроллера, и не пристало потребителю интересоваться излишними тонкостями.

Типичный пример системы, хорошо поддающейся реализации с помощью нечеткой логики, — АБС — антиблокировочная тормозная система. Хотя первые подобные устройства были разработаны и внедрены еще в начале 1970-х годов (ну - ка вспомните, какие модели отечественных автомобилей производились в те годы нашим автопромом), высокая стоимость компонентов этих систем (в основном модуля управления) не позволила внедрить их массово. Через десятилетие АБС уже не считалась роскошью, но построение системы управления реального времени с периодом цикла управления в единицы миллисекунд при необходимости серьезной математической обработки или работы с огромными таблицами все равно было делом непростым и недешевым. Реализации АБС существует множество, но в общем случае управление осуществляется по двум входным

Рис.1.

параметрам: проскальзыванию колеса (отношение скорости автомобиля к мгновенной линейной скорости точки на внешнем радиусе колеса относительно его центра) и радиальному ускорению колеса. Оба параметра представляются в виде логических переменных с набором из 5 - 8 термов каждая (например “отсутствует”, “слабое”, “среднее”, “сильное”, “очень сильное”) и т. п.), на основании которых вычислитель, используя набор правил (их количество равно произведению количества термов входных переменных), получает значение давления в тормозном цилиндре, стремясь к поддержанию оптимального проскальзывания (рис.1). Подобная задача, впрочем, решается и классическими вычислителями с помощью трехмерных таблиц, описывающих плоскость выходного значения в зависимости от двух входных.

Возьмем что-нибудь посложнее. Еще один кандидат на “нечеткое управление” - двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Сложность систем управления ДВС в последние годы значительно возросла — как в связи с ужесточением экологических норм и требований к снижению расхода топлива, так и вследствие форсирования двигателей: они стали более “нежными”, требуя такого же нежного с ними обращения (со стороны системы управления, разумеется). Несмотря на то что основных параметров регулирования всего два — подача топлива и момент зажигания, — системы управления типа PID - регуляторов в данном случае не годятся, так как алгоритм управления в значительной степени зависит от скорости вращения двигателя и нагрузки. Полная математическая модель ДВС слишком сложна, и до сих пор не создана. Из-за этого большинство систем у правления ДВС используют табличную модель, полученную экспериментальным путем на испытаниях и с учетом опыта экспертов.

Серьезный недостаток такой модели - сложность создания многомерных таблиц и большой объем памяти, требуемый для их записи, если выходной параметр формируется в зависимости от трех и более входных. Сегодняшние табличные системы используют в основном регулирование по двум параметрам и, соответственно, трёхмерные таблицы, описывающие поверхности. Памяти под таблицу нужно от 64 Кбайт до 1 Мбайт (иногда и больше), Попытки снизить разрядность входных и выходных переменных (обычно она составляет 6 или 8 бит) и применить интерполяцию не привели к успеху: вычислительной мощности контроллеров оказалось мало для обеспечения требуемого периода регулирования (единицы миллисекунд).

Нечеткая логика позволяет заменить таблицы правилами (несколько сотен) и реализовать управление по большому числу входных параметров, однако вряд ли вы сможете ознакомиться с наборами правил для реальных систем: компании - разработчики тщательно скрывают подобную информацию, так как она содержит ноу - хау, полученное за десятки лет инженерного труда, многочисленных испытаний, проб и ошибок (впрочем, некоторые данные по опытным образцам найти можно).

Один из вариантов системы управления ДВС с использованием нечеткой логики (Nissan) представлен на рис. 2. Основная идея в том, что первым делом определяется состояние двигателя, описываемое лингвистической переменной (назовем ее “состояние”). Для нее можно задать несколько термов, например, как в таблице.

Значение каждого из термов определяют сигналы с датчиков. Теперь, к примеру, ситуация “Двигатель запущен недавно, большая нагрузка, среднее ускорение” можно описать следующей комбинацией термов; {0,9; 0;0;1;0; 0,5}. Принимая значения термов в качестве весовых коэффициентов, отдельные

модули рассчитывают сигнал управления для подсистем впрыска, зажигания и принудительного холостого хода.

Еще одна система - автоматические трансмиссии, ничего не знающие в отличие от водителя об условиях движения, но вынужденные выбирать между экономичностью и динамикой — тоже “клиент” нечеткой логики. Их задача, как и в первых двух случаях, не описывается математически, зато вполне формулируется словами. Вот что необходимо:

• понять, что хочет водитель: спокойного движения в режиме экономии топлива или “спортивной” езды с максимальной динамикой;

• исключить частые переключения передач в условиях из вил истой дороги или спусков-подъемов;

• исключить переключение на низшие передачи, если это не позволит получить большего ускорения.

В задаче с АКПП интересно то, что одним из “входных сигналов” для системы управления является человек. Вернее, его действия в процессе движения, которые позволяют с некоторым приближением понять характер дороги или желания водителя. Частота нажатий на педаль акселератора позволяет судить, к примеру, об извилистости дороги, а амплитуда нажатий - о стиле вождения (можно, конечно, попытаться получить эти данные явно, с помощью кнопки “sport” (включение “спортивного” режима на некоторых моделях АКПП.), но это не совсем спортивно). Рассматриваются и более сложные ситуации, как, например, повторное нажатие педали акселератора в интервале 1 - 1,5 секунды после первого, что расценивается как недостаточное ускорение и вызывает принудительное включение низшей передачи. Система управления в данном случае выполняет функции эксперта, подстраиваясь под явные ил и неявные желания водителя и понемногу двигаясь в сторону искусственного интеллекта.

Имея описанные выше “умные” системы управления разгоном и торможением автомобиля, появляется законное желание объединить их в единый “интеллект” и возложить на него ответственность за поведение автомобиля если не постоянно, то хотя бы на критических участках, например, в виражах на скользкой дороге. Здравая мысль, но не вам первому она пришла в голову. Здесь лидируют немецкие автомобилестроители, и первые плоды их работы - это противозаносные системы, од повременно управляющие АКПП, блокировками дифференциалов трансмиссии и тормозами. Если в случае с той же АБС никто не мешает водителю делать так, как он хочет, лишь “корректируя” усилие торможения, то в данном случае педаль тормоза скорее становится датчиком для “интеллекта”, чем реальным органом управления: вычислитель имеет возможность пользоваться тормозами, даже если водитель не нажимал на педаль, и, наоборот, игнорировать его действия. Водителю же остается только крутить руль, на который автоматика пока не посягает, но уже присматривается через глазки видеокамер.

Впрочем, надеюсь, на наш век неавтоматизированных рулей хватит, и отечественный автопром нам в этом поможет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нечеткая логика в системах управления

В последнее время нечеткая технология завоевывает все больше сторонников среди разработчиков систем управления. Взяв старт в 1965 году из работ профессора Лотфи Заде[1], за прошедшее время нечеткая логика прошла путь от почти антинаучной теории, практически отвергнутой в Европе и США, до банальной ситуации конца девяностых годов, когда в Японии в широком ассортименте появились “нечеткие” бритвы, пылесосы, фотокамеры [4, 10]. Сам термин “fuzzy” так прочно вошел в жизнь, что на многих языках он даже не переводится. В России в качестве примера

Сергей и Гриняев — 29 лет, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, имеет более 70 научных публикаций. Профессиональный интерес: методы искусственного интеллекта, управление сложными социотехническими системами при неполной и нечеткой информации, информационная безопасность. Можно вспомнить рекламу стиральных машин и микроволновых печей фирмы Samsung, обладающих искусственным интеллектом на основе нечеткой логики.

Тем не менее, столь масштабный скачок в развитии нечетких систем управления не случаен. Простота и дешевизна их разработки заставляет проектировщиков все чаще прибегать к этой технологии. Бурный рост рынка нечетких систем показан на рис. 1.

После поистине взрывного старта прикладных нечетких систем в Японии [2, 3, 5, 6] многие разработчики США и Европы наконец-то обратили внимание на эту технологию. Но время было упущено, и мировым лидером в области нечетких систем стала Страна восходящего солнца [7, 8], где к концу 1980-х годов был налажен выпуск специализированных нечетких контроллеров, выполненных по технологии СБИС [9]. В такой ситуации Intel нашла поистине гениальное решение. Имея большое количество разнообразных контроллеров от MCS - 51 до MCS - 96, которые на протяжении многих лет успешно использовались во многих приложениях, корпорация решила создать средство разработки приложений на базе этих контроллеров, но с использованием технологии нечеткости. Это позволило избежать значительных затрат на конструирование собственных нечетких контроллеров, а система от Intel, получившая название fuzzy TECH, завоевала огромную популярность не только в США и Европе, но и прорвалась на японский рынок.

Немного теории

Нечеткая логика основана на использовании таких оборотов естественного языка, как “далеко”, “близко”,холодно”, “горячо”. Диапазон ее применения очень широк — от бытовых приборов до управления сложными промышленными процессами. Многие современные задачи управления просто не могут быть решены классическими методами из-за очень большой сложности математических моделей, их описывающих. Вместе с тем, чтобы использовать теорию нечеткости на цифровых компьютерах, необходимы математические преобразования, позволяющие перейти от лингвистических переменных к их числовым аналогам в ЭВМ.

 

 

На рис. 2 показаны области наиболее эффективного применения современных технологий управления. Как видно, классические методы управления хорошо работают при полностью детерминированном объекте управления и детерминированной среде, а для систем с неполной информацией и высокой сложностью объекта управления оптимальными являются нечеткие методы управления. (В правом верхнем углу рисунка приведена еще одна современная технология у правления с применением искусственных нейронных сетей, но мы не станем столь глубоко вдаваться в достижения ученых.)

Вернемся к теории и кратко рассмотрим такие понятия, как “нечеткие правила”, “нечеткий вывод” да и сам термин “нечеткое управление”.

Классическая логика развивается с древнейших времен. Ее основоположником считается Аристотель. Логика известна нам как строгая и сугубо теоретическая наука, и большинство ученых (кроме разработчиков последнего поколения компьютеров) продолжают придерживаться этого мнения. Вместе с тем классическая или булева логика имеет один существенный недостаток - с ее помощью невозможно описать ассоциативное мышление человека. Классическая логика оперирует только двумя понятиями: ИСТИНА и ЛОЖЬ, и исключая любые промежуточные значения. Аналогично этому булева логика не признает ничего кроме единиц и нулей. Все это хорошо для вычислительных машин, но попробуйте представить весь окружающий вас мир только в черном и белом цвете, вдобавок исключив из языка любые ответы на вопросы, кроме ДА и НЕТ. В такой ситуации вам можно только посочувствовать. Решить эту проблему и призвана нечеткая логика. С термином “лингвистическая переменная” можно связать любую физическую величину, для которой нужно иметь больше значений, чем только ДА и НЕТ.

В этом случае вы определяете необходимое число термов и каждому из них ставите в соответствие некоторое значение описываемой физической величины. Для этого значения степень принадлежности физической величины к терму будет равна единице, а для всех остальных значений — в зависимости от выбранной функции принадлежности. Например, можно ввести переменную ВОЗРАСТ и определить для нее термы ЮНОШЕСКИЙ, СРЕДНИЙ и ПРЕКЛОННЫЙ. Обсудив с экспертами значения конкретного возраста для каждого терма, вы с полной уверенностью можете избавиться от жестких ограничений логики Аристотеля.

Получившие наибольшее развитие из всех разработок искусственного интеллекта, экспертные системы завоевали устойчивое признание в качестве систем поддержки принятия решений. Подобные системы способны аккумулировать знания, полученные человеком в различных областях деятельности. Посредством экспертных систем удается решить многие современные задачи, в том числе и задачи управления. Однако большинство систем все еще сильно зависит от классической логики.

Одним из основных методов представления знаний в экспертных системах являются продукционные правила, позволяющие приблизиться к стилю мышления человека. Любое правило продукций состоит из посылок и заключения. Возможно наличие нескольких посылок в правиле, в этом случае они объединяются посредством логических связок И, ИЛИ. Обычно продукционное правило записывается в виде: “ЕСЛИ (посылка) (связка) (посылка)... (посылка) ТО (заключение)”.

Главным же недостатком продукционных систем остается то, что для их функционирования требуется наличие полной информации о системе.

Нечеткие системы тоже основаны на правилах продукционного типа, однако в качестве посылки и заключения в правиле используются лингвистические переменные, что позволяет избежать ограничений, присущих классическим продукционным правилам.

Целевая установка процесса управления связывается с выходной переменной нечеткой системы управления, но результат нечеткого логического вывода является нечетким, а физическое исполнительное устройство не способно воспринять та кую команду. Необходимы специальные математические методы, позволяющие переходить от нечетких значений величин к вполне определенным. В целом весь процесс нечеткого управления можно разбить на несколько шагов: фаззификация, разработка нечетких правил и дефаззификация.

Рассмотрим подробнее эти шаги на примере поставляемой с пакетом fuzzy ТЕСН модели контейнерного крана. Пусть вам, как маститому крановщику, необходимо перегрузить контейнер с баржи на железнодорожную платформу. Вы управляете мощностью двигателя тележки крана, заставляя ее двигаться быстрее или медленнее. От скорости перемещения тележки, в свою очередь, зависит расстояние до цели и амплитуда колебания контейнера на тросе. Вследствие того, что стратегия управления краном сильно зависит от положения тележки, применение нестандартных контроллеров для этой задач и весьма затруднительно. Вместе с тем математическая модель движения груза, состоящая из нескольких дифференциальных уравнений, может быть составлена довольно легко, но для ее решения при различных исходных данные потребуется довольно много времени. К тому же исполняемый код программы будет большим и не поворотливым.

Нечеткая система справляется с такой задачей очень быстро — несмотря на то, что в место сложных дифференциальных уравнений движения груза весь процесс движения описывается терминами естественного языка:

“больше”, “средне”, “немного” и т. п. То есть так, будто вы даете указания своему товарищу, сидящему за рычагами управления.

Фаззификация

(переход к нечеткости)

Точные значения входных переменных преобразуются в значения лингвистических переменных посредством применения некоторых положении теории нечетких множеств, а именно - при помощи определенных функций принадлежности.

Рассмотрим этот этап подробнее. Прежде всего, введем понятие “лингвистической переменной” и “функции принадлежности”.

Лингвистические переменные

В нечеткой логике значения любой величины представляются не числами, а словами естественного языка и называются ТЕРМАМИ. Так, значением лингвистической переменной ДИСТАНЦИЯ являются термы ДАЛЕКО, БЛИЗКО и т. д.

Конечно, для реализации лингвистической переменной необходимо определить точные физические значения ее термов. Пусть, например, переменная ДИСТАНЦИЯ может принимать любое значение из диапазона от 0 до 60 метров. Как же нам поступить? Согласно положениям теории нечетких множеств, каждому значению расстояния из диапазона в 60 метров может быть поставлено в соответствие некоторое число, от нуля до единицы, которое определяет СТЕПЕНЬ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ данного физического значения расстояния (допустим, 10 метров) к тому или иному терму лингвистической переменной ДИСТАНЦИЯ. В нашем случае расстоянию в 50 метров можно задать степень принадлежности к терму ДАЛЕКО, равную 0,85, а к терму БЛИЗКО - 0,15. Конкретное определение степени принадлежности возможно только при работе с экспертами. При обсуждении вопроса о термах лингвистической переменной интересно прикинуть, сколько всего термов в переменной необходимо для достаточно точного представления физической величины.

В настоящее время сложилось мнение, что для большинства приложений достаточно 3 - 7 термов на каждую переменную. Минимальное значение числа термов вполне оправданно. Такое определение содержит два экстремальных значения (минимальное и максимальное) и среднее. Для большинства применений этого вполне достаточно. Что касается максимального количества термов, то оно не ограничено и зависит целиком от приложения и требуемой точности описания системы. Число же 7 обусловлено ем костью кратковременной памяти человека, в которой, по современным представлениям, может храниться до семи единиц информации.

В заключение дадим два совета, которые помогут в определении числа термов:

• исходите из стоящей перед вами задачи и необходимой точности описания, помните, что для большинства приложений вполне достаточно трех термов в переменной;

• составляемые нечеткие правила функционирования системы должны быть понятны, вы не должны испытывать существенных трудностей при их разработке; в противном случае, если не хватает словарного запаса в термах, следует увеличить их число.

 

Функции принадлежности

 

Как уже говорилось, принадлежность каждого точного значения к одному из термов лингвистической переменной определяется посредством функции принадлежности. Ее вид может быть абсолютно произвольным. Сейчас сформировалось понятие о так называемых стандартных функциях принадлежности (см. рис.3).

Стандартные функции принадлежности легко применимы к решению большинства задач. Однако если предстоит решать специфическую задачу, можно выбрать и более подходящую форму функции принадлежности, при этом можно добиться лучших результатов работы системы, чем при использовании функций стандартного вида.

Подведем некоторый итог этапа фаззификации и дадим некое подобие алгоритма по формализации задачи в терминах нечеткой логики.

Шаг 1. Для каждого терма взятой лингвистической переменной найти числовое значение или диапазон значений, наилучшим образом характеризующих данный терм. Так как это значение ил и значения являются “прототипом” нашего терма, то для них выбирается единичное значение функции принадлежности.

Шаг 2. После определения значений с единичной принадлежностью необходимо определить значение параметра с принадлежностью “О” к данному терму. Это значение может быть выбрано как значение с принадлежностью “1” к другому терму из числа определенных ранее.

Шаг 3. После определения экстремальных значений нужно определить промежуточные значения. Для них выбираются П - или Л - функции из числа стандартных функций принадлежности.

Шаг 4. Для значений, соответствующих экстремальным значениям параметра, выбираются S - или Z - функции принадлежности.

Если удалось подобным образом описать стоящую перед вами задачу, вы уже целиком погрузились в мир нечеткости. Теперь необходимо что-то, что поможет найти верный путь в этом лабиринте. Таким путеводителем вполне может стать база нечетких правил. О методах их составления мы поговорим ниже.

Разработка нечетких правил

На этом этапе определяются продукционные правила, связывающие лингвистические переменные. Совокупность таких правил описывает стратегию управления, применяемую в данной задаче.

Большинство нечетких систем используют продукционные правила для описания зависимостей между линг-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КРАСОТА КАК ПОБОЧНЫЙ ПРОДУКТ НЕРВНЫХ СЕТЕЙ

Два специалиста по поведению животных — Энтони Арек из Archway Esgeneeriag Ltd (Англия) и Магнус Энквист из University of Stockholm (Швеция) пришли к выводу, что реакция на потенциального полового партнера по критерию “красоты” неравносильна выбору по критерию целесообразности. Построив эволюционный ряд компьютерных моделей нервной сети, ведающей зрительным восприятием самки павлина, ученые (в совместном эксперименте) предъявляли этим моделям для опознавания графические образы (паттерны) из ключевых элементов силуэта самца того же вида. Опыты показали, что в основе “эстетических чувств” самки лежит специфика ее нервного механизма: некоторые явно предпочитаемые формы имели мало общего со стандартным образом павлина-самца! Арек экстраполирует данный феномен и на род человеческий:

“По всей видимости, то, что мы находим прекрасным, попросту воздействует на скрытые пристрастия и причудливые выверты систем опознавания... Красота — в техническом смысле — лишь артефакт нейронных сетей, побочный продукт нашей нервной деятельности”.

Роскошный павлиний хвост впечатляет, однако практически мыслящие люди все же склонны недоумевать: зачем птице столь яркая часть тела? Какая от нее польза?

Классик Чарлз Дарвин объяснял эволюционное развитие этих длинных, переливчатых перьев (равно как и призывных криков, песен, специфической окраски и разнообразных ритуалов других животных) половым отбором, в основе которого лежит “индивидуальное эстетическое чувство”, свойственное данному виду. Другие биологи полагали, что роль подобных аксессуаров — подчеркнуть достоинства самца:

только сильные особи способны преуспевать, несмотря на хищников, при столь заметной демаскировке, как яркая окраска, разворачивающийся веером хвост и пронзительные крики! Согласно этой теории в процессе эволюции самцы — для соблазнения самок — развивают все более “преувеличенные” внешние характеристики.

В прошлом году бихейвиористы (от behaviour — “поведение”) Арек и Энквист экспериментально подтвердили, что предпочтение самками павлина прекрасных длинных хвостов может иметь мало общего с поиском идеального партнера,— обнаружив специфические особенности нервного механизма опознавания.

Исследователи создали компьютерную модель зрительной системы самки павлина, копирующую обработку информации различными группами нервных клеток (нейронов). Модель (имитация нервной сети) представляет собой “сеть”, включающую 36 светочувствительных элементов, которые передают визуальную информацию на 10 обрабатывающих “клеток”; те, в свою очередь, посылают сигналы (в виде цифровых последовательностей) на оконечную “клетку” системы. Если выходной сигнал последней имеет достаточно большое численное значение, это свидетельствует, что опознание произошло.

Установлено, что для выбора самца своего вида самке необходимо опознать несколько ключевых характеристик (самых броских особенностей внешнего облика):

именно они возбуждают нервные клетки в “правильной” комбинации и в “правильных” пропорциях. Самке, однако, приходится разглядывать потенциального партнера с различных углов зрения и не только при идеальных условиях видимости. Поэтому ее нервный механизм способен обобщать нечеткие или размытые (fuzzy) образы; и эта особенность, замечает Арек, оставляет поле деятельности для эволюции.

Совместно с Энквистом он занялся эволюционным развитием исходной модели, предъявляя ей для опознания, набор крестообразных форм, символизирующих самцов различных видов (горизонтальная перекладина креста изображает крылья, верхний конец — хвост, нижний — ноги птицы). Для образа павлина ученые избрали главной ключевой характеристикой длинный верхний конец креста (т.е. пресловутый хвост). Мутации компьютерной сети инициировались изменением коэффициентов, определяющих взаимозависимость ее элементов. В каждом “поколении” экспериментаторы отбирали модификацию, отдающую наибольшее предпочтение кресту указанного вида по сравнению с другими возможными формами (типа, скажем, креста с коротким верхним концом или с равновеликими концами). Они продолжили процесс селекции до тех пор, пока не получили компьютерную сеть (базовую модель), которая безошибочно делала правильный выбор.

На втором этапе эксперимента базовой модели предъявлялись для опознания только символические образы павлина - самца, но это были совершенно новые, “мутантные” формы: они отличались от стандарта более длинными, короткими, широкими или искривленными хвостами, более длинными или широкими крыльями — и тому подобное. “Мы позволили нервной сети и визуальным образам мутировать совместно... Многие новые формы вызывали более сильные отклики опознавания, чем исходная, и кончилось тем, что некоторые из “преувеличенных” паттернов стали предпочитаемым выбором. Они могут не ассоциироваться с качественными отличиями самца, а являться артефактом потребности самки в опознании самцов своего вида”,— резюмировали Арек и Энквист.

Собственно, главный результат эксперимента таков. Модель нервной сети, специально натренированная на 100-процентное опознавание стандартного образа самца, продолжая сохранять данное качество, дает более мощные (в численном значении) отклики на определенные мутантные формы, часть из которых (например, с широкими крыльями) весьма далека от оригинала. Поскольку в природе выбор самки зависит от силы ее нервного отклика, то следует вы-вод: специфика нейронных сетей оказывает на этот выбор определенное давление. Причем, как полагают биологи, это справедливо не только для “брачных” сигналов и не только для визуальной системы восприятия!

Специалист в области эволюционной биологии Марк Киркпатрик (Техасский университет) заметил: “Теперь доказано, что система, которая эволюционировала или была обучена опознавать определенные стимулы, способна откликаться на новые, измененные и даже необычные стимулы, качественно отличные от тех, с которыми ей прежде приходилось иметь дело”.

Итак, не исключена возможность, что великолепный хвост павлиньего самца является не признаком оптимального производителя... а всего лишь ухищрением, вызывающим наибольший отклик нервной системы партнерши. Нейробиолог Уолтер Вилжински (коллега Килпатрика) высказал оригинальное мнение: “Самцы просто натолкнулись на способ эксплуатации системы опознания самок! И дурочки выбирают их, будучи рабынями причуд собственных нейронных сетей...”

Арек и Энквист заявили, что намерены продолжить исследование — с целью четко определить влияние специфики нервной системы на выработку эстетических стандартов: “Бихейвиористика, изучающая поведение животных, буквально наступает на пятки эстетике... Мы предлагаем новые идеи, которые могут и должны повлиять на традиционный образ мыслей”.

Nature, Science News

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Положимся на случай

Какие особенности нервной деятельности определяют творческие способности человека? Точный ответ на этот вопрос науке пока что неизвестен, но вот в Кембриджском университете не так давно сделано открытие, которое его авторы рассматривают и как возможный шаг к разгадке феномена творчества.

Нейрофизиологи Кембриджа обнаружили, что нервные клетки всегда не одинаково реагируют на одно и то же возбуждение, явно демонстрируя случайность поведения. Как поясняет открытие руководитель исследовательской группы Роджер Карпентер (Roger Carpenter), впечатление такое, что в нейронах мозга имеется встроенный рандомизатор, некое подобие рулетки.

Ранее необъяснимую переменчивость реакций клеток мозга пытались объяснять наличием незаметных “шумов” в поступающем раздражителе. Однако самые последние, точные и аккуратные эксперименты убедительно демонстрируют, что “шумы” здесь ни при чем. Поскольку схожие результаты получены для нейронов весьма различных животных (кошек, жаб, медуз), то, похоже, что случайность реакции является внутренне присущим, фундаментальным свойством нервной системы и мозга. Группой кембриджских ученых также установлено, что каждый небольшой блок клеток мозга вносит собственный элемент случайности, реагируя на один и тот же раздражитель по - разному.

Возможно недетерминированный, случайный характер реакций нервной системы помогает организмам выживать в нашем сложном и полном опасностей мире. Но, как предполагают в Кембридже, заложенная в мозг непредсказуемость реакции может быть и глубинным источником творчества человека, поскольку случайность приводит к новым типам поведения, к интересным комбинациям идей, а ведь именно это и лежит в основе процесса открытия нового. - Б.К. (Как тут не вспомнить о квантовом сознании? - Г.Б.)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Интеллект – понятие относительное.

Что такое интеллект? Считается, что именно им мы выгодно отличаемся от животных. Можно ли, и как создать думающий компьютер? Об этом написано много разных трудов. Но если за дело берутся прагматики математики, да еще вооруженные компьютерными моделями, то возникает, по крайней мере, неординарная точка зрения.

По мнению Джозефа Вэйклинга (Joseph Wakeling) и Пи Бека (Per Bak) из Имперского лондонского колледжа, интеллект - понятие, неотделимое от окружающих условий, включая физическое тело его носителя. Умнее тот, кто находит лучшее решение проблем, которые ставит перед ним среда. В этом смысле мы ничем принципиально не отличаемся от бактерии, случайно блуждающей в поисках пищи. Просто среды и задачи у нас разные. К такой точке зрения ученые пришли в результате анализа простейшей компьютерной модели естественного отбора в нейронных сетях.

Водители часто стараются выбрать из двух дорог домой менее загруженную. В такой же игре участвовала пара сотен нейронных сетей, двадцать тысяч раз подряд выбиравших из двух вариантов. Выбор считался удачным, если его предпочитало меньшинство. В процессе игры каждая нейронная сеть, которую авторы называли “мини-мозгом”, самообучалась, сохраняя те связи между нейронами, которые вели к удачному выбору. Количество нейронов в каждом мини - мозге определяло уровень его “интеллекта” и объем памяти о предыдущих раундах игры. Модель позволяла проследить, как эти параметры влияют на успешность действий в окружении себе подобных.

Оказалось, что если все участники игры имеют близкие способности, то возникает “эффект толпы”. Ни одной из нейронных сетей не удавалось научиться действовать умнее “болвана”, который использует для принятия решения простое подбрасывание монетки. Однако если в среде нейронных сетей заводился единственный “жулик”, который заметно превосходил остальных объемом памяти, и обладал достаточной мощью “интеллекта”, то ему почти всегда удавалось научиться делать правильный выбор. Тем самым для “жизненного” успеха важен не сам “ум”, а то, как он соотносится со способностями остальных

Авторы делают вывод, что традиционные философские представления, разделяющие материю и сознание и приписывающие человеку “магические” способности думать, понимать и постигать мир в некоторой рациональной абстрактной форме и, наконец, стремиться к “фундаментальной истине”, порочны. По - видимому, в своей основе они содержат религиозные заблуждения, которые сегодня заметно тормозят прогресс в создании “искусственного интеллекта”, требуя от “умных” машин не конкретных решений ясно поставленных задач, а абстрактной способности решать любые проблемы. — Г.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Почему ползает червь?

S. L. McIntire et al., “Nature”, 1993, v. 364, p. 334,337

Нейрофизиологи давно мечтают разобраться в поведении хотя бы простейшего организма на клеточном уровне — узнать, какую функцию выполняет тог или иной нейрон. Если нервная система человека состоит из 10 клеток (а число связей между ними во много раз больше), у моллюсков — порядка ста тысяч, то у нематоды C. elegans всего 302 нейрона, и полная схема их соединения между собой была описана в 1986 году.

Нейроны нематоды связаны с разными медиаторами, 26 из них регулируются гамма-аминомасляной кислотой (ГАМК). Исследователи из Бостона выяснили роль каждого из 26 этих нейронов (за исключением одного). Они лазерным микролучом убивали отдельные клетки, а также вызывали мутации в генах, ответственных за синтез ГАМК (тем самым, нарушая работу таких нейронов), и смотрели, как измененится поведение червя.

Оказалось, что 19 нейронов регулируют расслабление (а ГАМК - зависимые нейроны, как правило, — тормозные) спинных и брюшных мышц, которое, чтобы червь мог ползти, должно идти в противофазе. Если эти клетки повреждали, то червь начинал ерзать на месте. Четыре нейрона сходным образом ограничивают движения головы при поиске пищи, а два — заведуют дефекацией.

Когда станут, известны функции остальных 277 нейронов нематоды, ее нервную систему можно будет полностью смоделировать компьютерной программой или электронной схемой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Юрий Морзеев

Зачем компьютеру зрение

Часть 1. История развития технологии компьютерного зрения

Немного теории

Технология компьютерного зрения по праву может считаться одной из самых передовых и перспективных на данном этапе развития глобальных цифровых компьютерных технологий. К сожалению, в современной популярной литературе можно с трудом отыскать информацию по данной тематике. Большинство существующих публикаций на тему компьютерного зрения лишь приоткрывают завесу, оставляя за рамками повествования многие важные и интересные вопросы. Как правило, все сводится к описанию того или иного приложения либо группы приложений, что является не более чем вершиной айсберга технологий. Именно этот пробел мне и хотелось бы восполнить, ознакомив широкий круг читателей с этим инновационным направлением и сделав входящие в него технологии более понятными, привычными и доступными.

Вот уже на протяжении нескольких десятилетий проблема компьютерного зрения занимает умы не только исследователей, но и всех тех, кто связан с современным высокотехнологическим производством. Совершенствование персональной вычислительной техники, увеличение производительности персональных компьютеров и появление на рынке дешевых устройств ввода видеоинформации стимулирует развитие компьютерных технологий. И не случайно многие современные разработки в области компьютерного зрения реализуются в расчете на персональные компьютеры. При этом уже сейчас становится ясно, что от успешного решения ряда сложных и неоднозначных задач компьютерного зрения зависит автоматизация множества процессов и операций, которые до этого управлялись и контролировались только человеком.

Термин “компьютерное зрение” имеет много синонимов: машинное зрение, распознавание зрительных образов, анализ изображений и т.д. Однако смысл, скрывающийся за всеми этими определениями, один — это попытка научить компьютер видеть мир глазами человека, воспринимать его как человек и выполнять в связи с этим различные действия так же, как делал бы это человек, тем самым, подменяя или полностью, исключая последнего. Необходимость в этом возникает в ситуациях, связанных с риском для жизни, и бывает обусловлена особенностями человека как живого организма, которому свойственно быстро утомляться, пропускать через себя ограниченный объем информации, а также обрабатывать данные с относительно низкой скоростью. Процесс компьютерного зрения представляет собой сложную технологическую цепочку, включающую получение цифрового изображения, обработку изображения с целью выделения значимой информации на изображении и анализ этого предобработанного изображения для решения определенной задачи.

Конечно, идеальным представляется создание универсальной самообучающейся системы, которая бы “росла” и “зрела” так же, как это с рождения происходит с любым человеком. Руководствуясь столь высокими целями, разработчики в области компьютерного зрения сегодня решают непростые задачи. Можно сказать, что область компьютерного зрения имеет недолгую по меркам фундаментальных наук, но очень бурную историю зарождения и развития,

История появления изображений и стремления передачи информации посредством изображений уходит корнями в ранний период развития цивилизации, когда наборы изображений, заменяя первые лингвистические опыты, служили простейшим средством коммуникации или обмена информацией.

Авторы многих книг по обработке изображений и распознаванию образов сходятся в том, что история технологии компьютерного зрения как наукоемкой области знаний берет свой отсчет с 50-х годов XX века. Именно в этот период компьютеры постепенно начали становиться общедоступным средством обработки и анализа информации. Однако следует отметить, что первые системы оцифровки визуальной информации были весьма примитивными, а изображения — малоформатными и низкоинформативными. Поэтому первыми задачами, которые решались в то время, стали проблемы, связанные с автоматическим распознаванием печатных буквенно-цифровых символов (знаков).

К этому же периоду времени относятся первые попытки моделирования нейронной деятельности человеческого мозга для решения задач компьютерного зрения. Одним из самых интересных свойств человеческого мозга является способность отвечать на бесконечное множество состояний внешней среды конечным числом реакций. Может быть, именно это свойство позволило человеку достичь высшей формы существования живой материи, выражающейся в способности к мышлению, то есть к активному отражению объективного мира в виде субъективных образов, понятий, суждений и т.д. Стремясь воспроизвести функции человеческого мозга, исследователи создали простые аппаратные (а позже программные) модели биологического нейрона и системы его соединений.

Первый успех в области машинного зрения можно смело связать с разработкой психолога Корнеллской лаборатории аэронавтики Фрэнка Розенблатта — персептроном (от perception — восприятие). Персептрон был впервые смоделирован на универсальной ЭВМ IBM-740 в 1958 году. Аппаратный вариант персептрона — Mark I Perceptron был изготовлен в 1960 году и предназначался для распознавания зрительных образов. Его рецепторное поле состояло из 400 точек (матрица 20х20 элементов), и он был способен решать ряд несложных задач, в частности распознавать печатные буквы.

Исследования в области синтеза систем компьютерного зрения бурно развивались на протяжении 60-х годов по мере того, как расширялось использование вычислительных машин и, становилась очевидной потребность в более быстрой и эффективной связи человека с ЭВМ. К началу 60-х годов задачи компьютерного зрения в основном охватывали область космических исследований, требовавших обработки большого количества цифровой информации. Запущенные в то время космические летательные аппараты передавали на Землю тысячи телевизионных изображений Земли, обратной стороны поверхности Луны. Полученные тогда цифровые изображения требовали удаления различного рода искажений, в частности оптических. Кроме того, эти изображения нуждались в обработке и анализе с целью решения различного рода навигационных задач, — таких как определение места площадок, пригодных для посадки спускаемых космических аппаратов.

Позднее, в 70-е годы, наряду с ростом разрешающей способности изображений в видимом спектре эта информация стала дополняться полученной в тепловизионном и других спектральных диапазонах частот, что позволяло проводить более глубокий анализ данных. Начали развиваться различные подходы к распознаванию объектов на изображении, например структурные, признаковые и текстурные.

80-е и 90-е годы ознаменовались появлением нового поколения датчиков двухмерных цифровых информационных полей различной физической природы. К ним можно отнести датчики, построенные на матрицах ПЗС (прибор зарядовой связи) и КМОП (комплементарный металлоксид - полупроводник), датчики ночного видения, тепловизоры (датчики, воспринимающие инфракрасное излучение), лазерные локаторы и др. Развитие новых измерительных систем и методов регистрации двухмерных цифровых информационных полей в реальном масштабе времени позволило получать для анализа устойчивые во времени изображения, генерируемые этими датчиками. Совершенствование же технологий производства этих датчиков позволило существенным образом снизить их стоимость, а значит, значительно расширить область их применения.

Рост быстродействия микропроцессоров, снижение цен на камеры и десятикратное увеличение полосы пропускания при передаче видео с помощью таких технологий, как USB 2, позволяют реализовать действующие в режиме реального времени алгоритмы машинного зрения на стандартных компьютерах. Использование машинного зрения на персональных компьютерах в сочетании с качественными средствами визуализации способно коренным образом изменить способ взаимодействия человека с компьютером и окружающим миром. Машинное зрение уже привлекает внимание исследователей, занимающихся разработкой передовых приложений для домашнего использования.

Что касается непосредственно теории компьютерного зрения и ее приложений, то в настоящее время существует четкая граница между так называемым монокулярным и бинокулярным компьютерным зрением. К первой области относятся исследования и разработки в области компьютерного зрения, связанные с информацией, поступающей от одной камеры или от каждой камеры отдельно. Ко второй области относятся исследования и разработки, имеющие дело с информацией, одновременно поступающей от двух и более камер. Несколько камер в таких системах используются для измерения глубины наблюдения. Эти системы называются стереосистемами, а наука, которая их развивает¬ — стереофотогримметрией. Безусловно, информация о глубине можно получить за счёт использования специальных так называемых активных, датчиков что есть одновременно излучающих и принимающих сигнал), например таких, как локатор. Однако на практике все оказывается намного сложнее. Такие устройства могут применяться для оценки глубины лишь на небольших дальностях ввиду того, что на больших расстояниях их сигнал обладает свойством рассеивания.

В этом плане гораздо надежнее и проще использовать так называемые пассивные датчики, способные только принимать излучаемый сигнал. В частности, к таким датчикам относят видеокамеры. Важно подчеркнуть тот факт, что камеры в стереосистемах должны быть специальным образом ориентированы в пространстве, чтобы полученные кадры можно было поставить во взаимооднозначное соответствие и сформировать объемное представление об объекте. Примерно то же самое происходит у человека. Наши глаза воспринимают объекты под разными углами, два независимых изображения анализируются мозгом, и в результате их сопоставления формируются образ предмета, его признаки и глубина изображения.

К настоящему моменту теория компьютерного зрения полностью сложилась как самостоятельный раздел кибернетики, опирающийся на солидную научную и практическую базу знаний. Ежегодно по данной тематике издаются сотни книг и монографий, проводятся десятки конференций и симпозиумов, выпускается различное программное и аппаратно-программное обеспечение. Существует ряд научно - общественных организаций, поддерживающих и освещающих исследования в области современных технологий, в том числе технологии компьютерного зрения. К ним, в частности, относятся SPIE (Международное сообщество по оптической инженерии), IEEE Computer Society (Institute of Electrical and Electronics Engineers), РОФДЗ (Общество содействия развитию фотограмметрии и дистанционного зондирования) и ряд других организаций.

Приложения в области компьютерного зрения

Образное восприятие мира — одно из загадочных свойств живого мозга, позволяющее разобраться в бесконечном потоке воспринимаемой информации и сохранять ориентацию в многомерном пространстве разрозненных данных о внешнем мире. Воспринимая внешний мир, мы всегда производим классификацию своих ощущений, то есть, разбиваем их на группы похожих, но не тождественных явлений. К сожалению, компьютерному зрению еще далеко до уровня распознавания человека, точные принципы анализа визуальной информации которого до конца не изучены. Решение задачи моделирования деятельности человеческого глаза и мозга, безусловно, ответило бы на большинство вопросов в области компьютерного зрения. Однако даже предварительные оценки показывают, что решение этой задачи в реальном времени потребует огромных вычислительных затрат.

Сегодня человек стремится обзавестись электронными помощниками, способными решать за него если не сложные в плане принятия решений, то уж во всяком случае, трудоемкие и ресурсоемкие задачи, которые позволили бы избавить его от обязательного монотонного труда либо просто помогли бы ему изменить или улучшить визуализацию изображений, провести на изображениях различного рода измерения и т.п.

В настоящий момент существует множество направлений в области компьютерного зрения. К наиболее значимым из них относятся зрение роботов, средства автоматизации обработки визуальных данных и информации, биометрия и безопасность, распознавание буквенно-символьной информации, распознавание жестов, детектирование наличия движущихся объектов в поле зрения камеры, распознавание зрительных образов, задачи мультисенсорного распознавания, задачи медицинской диагностики, различного рода системы мониторинга, пакеты программ по обработке изображений общего назначения и ряд других направлений. Большинству из этих направлений присущи свои многочисленные области исследований. Так что это деление можно считать весьма общим и условным. Многие задачи решаются на стыках направлений, когда от систем требуется большая универсальность или гибкость в работе. Отрадно, что во всем мире наблюдается тенденция повышения интереса к этим новым, пусть и не вполне еще совершенным технологиям.

Хочу теперь подробнее остановиться на ряде наиболее интересных из вышеперечисленных технологий.

Начнем со зрения роботов — с самой современной, передовой и инновационной технологии, которая подразумевает такое понятие, как интеллектуальный дом. Именно в этой области начинают активно применяться технологии компьютерного зрения с прицелом на недалекое будущее. Оборудуя роботов нового поколения мобильными камерами и алгоритмами стереовидения, многие компании работают над созданием интеллектуальных роботов, способных не только свободно ориентироваться в квартире и узнавать своих хозяев, но и выполнять определенные задачи по дистанционно подаваемым командам. Сейчас, безусловно, рано говорить, является ли прообразом будущего домашнего охранника собачка Aibo от Sony — это пока лишь простой электронный домашний питомец, который узнает мячик и играет с ним, а также требует заботы и внимания со стороны хозяев, чтобы вырасти хорошей собакой. Но уже очевидно, что телевизор вскоре будет, узнавая хозяина, включать его любимый канал.

Робот-пылесос будет к вашему приходу чистить пол в квартире, ловко обходя все препятствия. Холодильник определит недостающие продукты по списку постоянных и закажет их по Интернету. А с помощью обычного сотового телефона, оборудованного камерой, можно будет без труда выяснить, где найти приглянувшийся товар. В этом плане весьма показательна прошедшая в конце марта нынешнего года в Японии выставка Robodex. В ней принимали участие 27 компаний, представивших на суд общественности более 70 новых моделей роботов. Наряду с роботами-охранниками и роботами-уборщиками на выставке было продемонстрировано большое количество человекообразных роботов. Кстати, в Японии существует поддерживаемая на государственном уровне специальная программа Humanoid Robotic Project, которая предусматривает разработку человекообразного робота.

По мнению Хирохисы Хирукавы, исследователя из Национального института перспективных научных исследований и технологий, производство роботов в XXI веке может стать крупнейшей отраслью промышленности — подобно производству автомобилей в XX столетии. При этом уже к 2025-му, в крайнем случае, к 2050 году стоит ожидать массового распространения роботов, служащих для выполнения домашних работ,

Другое весьма распространенное направление, можно сказать — ветеран на рынке систем компьютерного зрения, охватывает системы автоматизации обработки информации, поступающей от видеокамер. Яркий пример — системы, обнаруживающие и декодирующие информацию, содержащуюся в штриховых кодах. Думаю, что со штрих - кодовой информацией и внешней стороной ее декодирования сталкивались при совершении покупок в крупных супермаркетах многие из читателей. Ассортимент современного супермаркета составляет от 5 до 50 тыс. наименований товаров, в зависимости от размеров магазина, Координирование в таком объеме — задача трудоемкая, практически невыполнимая при отсутствии системы автоматизированного учета и управления. Символика современного двухмерного штрих-кода допускает хранение до 150 байт, 250 алфавитно-цифровых символов или 366 цифр. Это осуществляется выбором одной из трех модификаций кода: байтовый, текстовый или цифровой.

Текстовый код поддерживает печатные ASCII-символы с кодами от 32 до 126 включительно, а также некоторые контрольные символы. Байтовый предусматривает использование всех 256 возможных 8-битовых величин. Этот набор включает все ASCII-символы от 0 до 127 включительно, а также национальные символы. Помимо супермаркетов алгоритмы обнаружения и декодирования штрих - кодовой информации могут использоваться в системах автоматической сортировки корреспонденции, автоматического учета и поиска товара на складах, хранения персональной информации для систем авторизации и для решения многих других задач.

Процессы идентификации личности вызывают значительный интерес на протяжении многих десятилетий. И это не удивительно, ведь человек неизменно стремился защититься от посягательств на свое жилище, средство передвижения, благосостояние, интеллектуальную собственность и т.п. В последнее время, особенно в связи с трагическими сентябрьскими событиями 2001 года в США, наблюдается новый подъем интереса к таким системам. К наиболее известным системам идентификации относят следующие: системы охраны и контроля доступа, системы предупреждения преступлений и идентификации преступников, системы ограничения доступа, системы учета и сбора статистики посетителей, системы идентификации удаленных пользователей и пользователей Internet, верификация кредитных карточек, криминалистическая экспертиза, контроль времени посещения и т.д.

Основные пути и способы решения этих задач лежат в области разработки так называемых биометрических систем. В биометрических системах распознавания источником информации измеряемой, идентифицируемой величины служит совокупность биометрических характеристик человека. В качестве биометрической характеристики человека могут выступать его голос, почерк, отпечатки пальцев, геометрия кисти руки. Рисунок сетчатки или радужной оболочки глаза, лицо и даже его ДНК. От выбранной биометрической характеристики зависят особенности системы идентификации в целом. Можно назвать еще ряд причин, серьезно повышающих значимость биометрических систем. В частности, речь идет о повышении требований к функциональным возможностям автоматических систем безопасности, расположенных в общественных местах (вокзалы, аэропорты, супермаркеты и т.п.), что связано с необходимостью выполнять, управляемые действия в реальном времени. Придание этих функциональных возможностей биометрическим системам зависит от успехов в области цифровой техники и методов цифровой обработки информации.

Технология детектирования движения в поле зрения камеры, или motion detection, стала одной из первых коммерческих технологий на потребительском рынке Web-камер. Принцип работы технологии очень простой, поскольку предполагается, что камера неподвижна, а следовательно, неподвижен и фон. Движутся только объекты. (Хотя существуют и такие технологии, которые позволяют детектировать движущиеся объекты на движущемся фоне.) Замечательным достоинством данной технологии является ее полная инвариантность к освещенности и цветности. Потребительский рынок откликнулся на это развитием двух основных направлений. Первое породило новый вид человеко-машинных интерфейсов, при котором человек получил возможность управлять запуском различных информационных или других приложений бесконтактно (дистанционно). Наиболее увлекательные виды таких интерфейсов были разработаны для компьютерных игр, использующих в качестве входного сигнала информацию, поступающую от Web-камер.

Участники этих игр должны совершать манипуляции в поле зрения камеры, управляя различными объектами, например простым движением руки подбрасывать мяч или играть в волейбол. Самым известным игровым пакетом с управлением играми через Web-камеру стал сборник игр от Reality Fusion, который поставлялся вместе с камерами фирмы Logitech. Второе направление связано с появлением новых функциональных возможностей систем безопасности. На первых порах задача сводилась к простому детектированию движущихся объектов. Уже в таком виде это важно для многих систем безопасности, когда в охранной зоне исключено какое бы, то ни было движение. Более продвинутые системы подразумевают наличие в своем составе интеллектуальных детекторов движения, способных отличить движущегося человека от собаки, машины или дерева, раскачивающегося на ветру. На данный момент лишь немногие системы безопасности могут похвастаться такими возможностями, существенно их удорожающими.

И это не удивительно, ведь наличие такой системы значительно облегчает работу охранников, физически не способных одновременно следить за десятком и более мониторов. Привлекая, внимание охраны к определенному монитору и автоматически регистрируя, охранное событие, такие системы резко повышают уровень безопасности охраняемого объекта.

Особое место в области разработки систем компьютерного зрения занимают задачи медицинской диагностики. Основные задачи, которые должны решать здесь данные технологии, следующие: задача измерения объектов на рентгенограммах, компьютерных томограммах и современных цифровых ультразвуковых приборах, задача улучшения визуализации, задача восстановления трехмерных форм объектов. Наиболее современной и бурно развивающейся в области разработки медицинских диагностических приложений можно считать технологию, связанную с определением степени алкогольного и наркотического опьянения на основе анализа реакции зрачка пациента. Возможно, через несколько лет с помощью таких приборов удастся упростить процедуру наркологического контроля, практически бесконтактно получая достаточно точный диагноз.

Из традиционных областей диагностики, где сегодня пытаются работать алгоритмисты и врачи, можно выделить диагностику туберкулеза легких по рентгенограммам, диагностику синуситов, диагностику нарушений липидного обмена, диагностику состояния кровеносных сосудов и сосудов головного мозга и ряд других направлений. Сложность разработки медицинских систем компьютерного зрения обусловлена трудностью формализации диагностических признаков, по которым необходимо принимать решение о том или ином заболевании. Как правило, свести воедино эти признаки может только врач на основании косвенных признаков и личного опыта. При этом диагноз может серьезно отличаться от тою, что выдает система. Именно поэтому все компьютерные приложения для медицины сейчас работают только как помощники врачей, улучшая или изменяя визуализацию, выделяя объекты на изображениях по желанию врача или помогая ему в замерах и подготовке карт обследований.

Вместе с тем данный факт свидетельствует лишь о большом объеме, глубине и, следовательно, о перспективности исследовательских и экспериментальных работ в этом направлении. Уже сейчас ряд компьютерных компаний работает в области создания медицинских диагностических комплексов, способных диагностировать пациентов на основе комплексного подхода в принятии решения, что “по плечу” лишь мощным и дорогостоящим, даже по современным меркам, компьютерам.

Потребность в разработке систем распознавания буквенно-символьной информации документов — одна из первопричин развития всей теории и практики машинного зрения. На современном этапе развития науки и технологии эта область охватывает лингвистику, семантику, обработку текстов и систем оптического распознавания символов. Разрабатываемые программы позволяют автоматизировать ввод в компьютер текстов, таблиц, форм анкет и бланков, распознавать тексты, написанные печатными буквами от руки, или распознавать почерк автора, переводя рукописные материалы в электронный вид. В качестве входного источника информации в таких системах обычно выступает сканер или специальный электронный планшет, соединенный с компьютером. Процесс обработки информации обычно включает сканирование бумажных оригиналов, распознавание содержащейся информации, а также возможность проверки результатов распознавания оператором, проведение формального и логического контроля полученных данных на соответствие определенным правилам и сохранение результатов работы.

Не углубляясь в подробности технологии, отмечу, что на рынке этого программного обеспечения уверенно доминируют компания ABBY с серией программ FineReader и FormReader и компания Cognitive Technologies с серией программ CuneiForm и CognitiveForms. Основные проблемы, которые стоят сейчас перед разработчиками подобных систем, — надежное распознавание буквенно-символьной информации при низком разрешении изображения, то есть количества пикселов, приходящихся на дюйм, а также надежное распознавание рукописных текстов. Но, несмотря на сохраняющиеся проблемы, данную технологию можно считать окончательно сформировавшейся.

Системам мониторинга на основе информации, поступающей от видеокамер, сегодня уделяется особенно пристальное внимание. Главная задача таких систем — предупредить человека об опасности и по возможности предпринять какие-либо заранее предусмотренные или программно заложенные действия. Рассмотрим простой пример из нашей повседневной действительности. Ни для кого не секрет, что наиболее опасным для жизни человека видом транспорта является в наши дни автомобиль. Ежедневно на дорогах происходят тысячи происшествий, в которых ни в чем не повинные люди гибнут из-за чьего-то недосмотра или халатности. Именно поэтому в этом направлении ведутся сейчас активные исследовательские и экспериментальные работы. Снижение числа дорожно-транспортных происшествий сохранит обществу большое количество средств. Типичные примеры — система оценки усталости водителя и система обнаружения препятствий, возникающих по ходу движения автомобиля.

Перспективность таких систем очевидна, ведь источником информации для них являются электронные глаза, способные днем и ночью следить за водителем и дорогой. Оборудованные специальной инфракрасной подсветкой, они становятся работоспособными в широком диапазоне условий освещенности, позволяют следить за водителем, даже если тот надел солнцезащитные очки. Такие системы уже сейчас проходят стадию тестирования экспериментальных образцов на автомобильных полигонах Японии.

В заключение хочется еще раз вернуться к главному вопросу данной публикации: зачем компьютеру зрение? Современный пользователь персонального компьютера все чаще лицом к лицу сталкивается с различными приложениями в области компьютерного зрения: с системами авторизации и контроля доступа, системами диагностики и рядом других систем, делающих компьютер зрячим. Научить компьютер видеть мир, — значит, получить надежного помощника, денно и нощно занятого решением насущных задач. Например, на основе несложных алгоритмов и камеры можно создать надежную противоугонную систему для личного автомобиля, припаркованного у дома. Такая система выдержит любые происки ничего не подозревающего вандала. А можно написать screensaver, который будет “фотографировать” каждого, кто попытается подобрать к нему пароль. Да что говорить — это лишь малая толика того, на что способен “прозревший” компьютер!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 3 Проблемы эволюции

Размышления

Эволюция и сотворение мира

Доктор философских наук Ю. А. ШРЕЙДЕР

 

МОГЛА ЛИ ПРИРОДА СОТВОРИТЬ СЕБЯ САМОЕ?

Разница между учением Библии и естественно - научным взглядом на возникновение мира и жизни на Земле состоит вовсе не в противопоставлении мгновенного возникновения и длительного развития. Согласно Книге бытия — первой книги Моисея, Бог последовательно сотворил свет, твердь небесную, сушу и растительность, светила, рыб и птиц, животных и человека. Ему потребовалось на это шесть дней, и мы не знаем, как измерить длительность этих дней в известных нам масштабах, ведь и само время было сотворено за эти же дни. Порядок творения вполне соответствует представлениям современной космологии. Например, чтобы создать светила, необходимо сперва создать свет — то есть световые частицы (фотоны), чтобы светила могли их излучать, а значит, светить.

Здравомыслящий ученый, не ищущий в Библии буквального описания деталей естественно исторического процесса, не обнаружит в священной книге иудеев и христиан никаких серьезных разночтений с данными современного естествознания. Правда, Библия учит, что мир не существовал вечно и не возник сам по себе, он был сотворен. Но ведь вечность мира — это философская аксиома. Эта аксиома отнюдь не вытекает из научных фактов, ибо наука в состоянии изучать только имеющуюся в наличии действительность, но не в состоянии исследовать, как эта действительность возникла. И языческие мифы, и материалистическое мировоззрение исходят из предположения, что в природе есть материал для развития; и соответствующие потенции, позволяющие ей организоваться в хорошо устроенный космос.

Такая логическая возможность заранее не может быть исключена: почему бы природе не создать самое себя, в том числе собственные законы самоорганизации? Библия отвергает эту возможность, утверждая, что Бог сотворил бытие из небытия. Строго говоря. Бог есть источник всяческого бытия, но не само бытие. Он сотворил не только “все видимое”, то есть материальные объекты, но и “все невидимое”, то есть сами законы движения и развития материи. В этом случае сложное оказывается причиной более простого, что вполне согласуется с естественнонаучным принципом согласно которому энтропия может только возрастать или, в крайнем случае, оставаться на одном уровне.

По тем же соображениям трудно представить себе естественное возникновение живого из неживого. Равно как и появление сознания нелегко объяснить постепенным усложнением интеллектуальных способностей приматов к моменту генезиса человека, поскольку оно направлено на осознание себя и своего места в мире. По Библии, сознание даровано человеку Богом в момент, когда он “вдунул в лице его дыхание жизни”.

Сказанное вовсе не означает, что Творец поступил как часовой мастер, сконструировавший и заведший часы, но сам устранившийся от дальнейшего вмешательства в их ход. Часы остались в мастерской того, кто сотворил время, но сам находится вне времени и не может быть описан в категориях “до” или “после”.

ОТРИЦАЕТ ЛИ АКТ ТВОРЕНИЯ ЭВОЛЮЦИЮ?

Казалось бы, творение или эволюция — это жесткая бескомпромиссная альтернатива. Но так ли это? Если Бог сотворил Адама, то остальные люди — его потомки -— рождались естественным путем. Библейский рассказ о творении Адама символически выражает то, что человеческая плоть состоит из материала, который уже был сотворен. В нем вовсе не описывается технология возникновения человека.

Бог мог сотворить архетип человека как венец творения и подготовить его реализацию среди уже возникших человекообразных приматов. Эту точку зрения высказывали многие христианские мыслители (П. Тейяр де Шарден, Г. Честертон). Конечно, сотворение всех живых существ не означает, что точно так же творилась каждая последующая особь, или каждый вид, или каждый биологический таксон. “Способ, как творил Создатель / Что считал Он боле кстати, / Знать не может председатель / Комитета о печати”,- так писал поэт Алексей Константинович Толстой по поводу цензурного запрета на “Происхождение видов” Ч. Дарвина.

В Библии на сей счет сказано буквально следующее: “И сказал Бог: да произведет вода пресмыкающихся, душу живую; и птицы да полетят над землею, по тверди небесной... И сотворил Бог рыб больших и всякую душу животных пресмыкающихся, которых произвела вода... И сказал Бог: да произведет земля душу живую по роду ее, скотов, и гадов, и зверей земных по роду их”. Сотворение жизни Богом вполне совмещается с тем, что рыб, птиц и зверей произвели вода и земля. Тем самым акт творения ничуть не противоречит эволюционному процессу, с помощью которого вода и земля произвели все живое.

При этом ниоткуда не следует, что механизм эволюции должен быть только таким, каким представлял его себе Дарвин и последующие дарвинисты. Скорее наоборот, идея творения сближает нас с моделью целенаправленной эволюции (типа номогенеза по Л. С. Бергу или концепции закономерности многообразия форм живого по А. А. Любищеву).

Вполне правомерно было бы признать, что сотворена была лишь “стрела” эволюционного процесса, или исходный набор архетипов живого, закодированный в генофонде. В последнем случае генотип правомерно рассматривать как фрагмент Божественного слова, воплотившегося в данный биологический вид. Но при этом реализацию Божественного слова еще вполне допустимо трактовать как эволюционный процесс происхождения видов, в котором это слово переписывается и трансформируется. (Правда, этот процесс будет уже происходить не по модели Дарвина.) Нужно ясно сформулировать, что из наблюдаемых объектов и явлений наука признает как сотворенное (или, по крайней мере, необъяснимое известными науке механизмами и моделями), а что рассматривает как предмет или результат эволюционного процесса.

ВОЗМОЖНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВЫ ДАРВИНИЗМУ

Дарвинизм оказался привлекательным для материалистически ориентированной научной общественности XIX века тем, что эта концепция эволюции якобы устраняет сверхъестественные представления о происхождении живого. За эту иллюзию теории Дарвина прощали очень многие ее дефекты и по той же причине проделали огромную работу для того, чтобы совместить дарвинизм с реальными достижениями генетики. Справедливости ради следует сказать, что сам Дарвин достаточно четко очертил требования к собственной концепции, ограничив их происхождением видов. Дарвинизм не пытается объяснить не только происхождение жизни, но даже происхождения достаточно крупных биологических таксонов. Тем более в рамках дарвинизма отсутствуют представления, помогающие хотя бы гипотетически представить, как возникло сознание. Ссылки на роль труда в “очеловечении обезьяны” принадлежат не Дарвину, а Энгельсу и к науке отношения не имеют.

Привлекательность дарвинизма заключается в том, что он использует чисто механистические объяснения эволюционного процесса, разрешая апелляцию к понятию случайности. По существу, эту модель можно уподобить физической концепции Больцмана, объясняющей термодинамические состояния газообразного вещества через представления о случайных столкновениях молекул. Здесь важно то, что сущности, лежащие в основе объясняемых феноменов, вполне отвечают представлениям обыденного здравого смысла. В модели Больцмана молекулы ведут себя как привычные макроскопические тела — движутся по прямолинейным траекториям, сталкиваются, отражаются от стенок сосуда и тому подобное. В основе модели эволюции Дарвина лежат случайные изменения отдельных материальных элементов живого организма при переходе от поколения к поколению. Те изменения, которые имеют приспособительный характер (облегчают выживание), сохраняются и передаются потомству. Особи, не имеющие соответствующих приспособлений, погибают, не оставив потомства.

Поэтому в результате естественного отбора возникает популяция из приспособленных особей, которая может стать основой нового вида.

Теорию дарвинизма компрометирует отсутствие прогнозов, невозможность предсказать новые факты. Впрочем, этот упрек разделяют с ним все остальные эволюционные теории, которые успешно объясняют многие из существующих фактов, но практически не ставят вопроса о новых. Следовательно, здесь неприменим лучший критерий теоретической силы той или иной концепции. Вспомним, что закон гомологических рядов Н. И. Вавилова позволил предугадать новые находки растений — родственников культурных сортов. По-видимому, о возможности подобных предсказаний думал А. А. Любищев. Некоторые палеоботанические прогнозы удавались С. В. Мейену.

Идея естественного отбора возникла из аналогии с искусственным отбором, с помощью которого человек выводит нужные ему породы животных или сорта растений. Однако у селекционера все особи, лишенные полезных признаков, не участвуют дальше в формировании популяции. Отсутствие нужного признака равносильно в данном случае летальному исходу, ибо с точки зрения популяции соответствующая особь просто гибнет. Аналогия с естественным отбором была бы возможна, если бы особи, не имеющие достаточно развитого приспособления, автоматически погибали или оказывались бесплодными. Но все это значило бы, что природа действует столь же целенаправленно, как и селекционер, то есть сама себе ставит разумные цели. Без такого предположения уподобление естественного отбора искусственному неполно и не дает оснований считать, что естественный отбор способен обеспечить формирование видов. (Впрочем, и в искусственном отборе, как будто, не удавалось получать новые виды, но лишь породы и сорта.)

Стоит заметить, что даже дарвиновская теория эволюции не исключает первоначальный акт творения, но предполагает, что в этом акте был создан лишь генетический код для простейших организмов и механизм воплощения этого кода в живом организме.

Процесс видообразования на основе случайных мутаций должен был бы занять несуразно много времени. Кроме того, он не объясняет явной системности в многообразии возникающих форм типа закона гомологичных рядов Н. И. Вавилова. Поэтому Л. С. Берг предложил очень интересную концепцию номогенеза — закономерной или направленной эволюции живого. В этой концепции предполагается, что филогенез имеет определенное направление и смена форм задается неким вектором. Идеи номогенеза глубоко разработал и развил А. А. Любищев, высказавший гипотезу о математических закономерностях, которые определяют многообразие живых форм. Концепция номогенеза предполагает гораздо более сложный акт творения, когда возник замысел всего многообразия живых организмов, в котором заранее приуготовлено место для появления человека. Повеление земле произвести душу живую как бы содержало в себе этот замысел. В указанном смысле номогенетические концепции эволюции теснее связаны с идеей творения, чем дарвинизм, ибо оставляют гораздо больше на долю акта творения.

Наконец, еще одна концепция — П. Тейяра де Шардена — рассматривает эволюцию биосферы в целом, в свете создания на ее основе ноосферы и целенаправленного движения этой целостности к финальной точке Омега. Характерные черты этого эволюционного процесса: первоначальная концентрация активной зоны, постепенное распространение формообразования на всю планету и цефализация (систематическое повышение относительной доли головного мозга и усложнение его организации). Тейяр рассматривает Христогенез как ключевой момент эволюционного процесса, входящий в первоначальный замысел Творца.

Я отнюдь не собираюсь утверждать, что эволюционная концепция Тейяра не может быть усовершенствована, в том числе и самым радикальным образом. В предопределенности оптимистического финала как бы и не остается места свободе воли, исчезает трагизм проявления в мире зла. Наконец, сам механизм эволюции описывается здесь не столько на биологическом, сколько на натурфилософском уровне. Возможно, это связано с тем, что как палеонтолог Тейяр де Шарден занимался происхождением человека, а это не лучшая область для выявления конкретных эволюционных факторов. Здесь акценты ставятся не на том, как и почему произошел человек, но на уточнении момента, когда он произошел и от кого.

ЛОЖНАЯ АЛЬТЕРНАТИВА ЭВОЛЮЦИОНИЗМУ

 

Критика недостатков дарвинизма привела некоторых исследователей к отрицанию самого феномена эволюции. Это направление мысли, опирающейся на естественнонаучные данные, получило название креационизма. В США возник даже исследовательский институт креационизма, ставящий целью показать ошибочность самого понятия биологической эволюции. Креационизм как научная концепция (а не просто как религиозная точка зрения, принимающая истинность откровения о сотворении мира) обоснован гораздо слабее, чем эволюционные концепции. Собственно научная аргументация креационизма сводится к коллекционированию ошибок и прямых фальсификаций в палеонтологических реконструкциях (типа “пильтдаунского черепа”) и попыткам интерпретировать биологические данные как свидетельство против исторического развития живых форм. Но такая аргументация нисколько не лучше, чем использование в антирелигиозной пропаганде данных о фальсификации чудес или недостойном поведении конкретных священнослужителей.

Претензии дарвинизма явно неправомерны, но сторонники креационистской концепции происхождения живого косвенно подтверждают эти претензии, когда рассматривают дарвинизм как единственную альтернативу своим взглядам. Тем самым они признают притязания дарвинистов на исключительные полномочия выступать от имени эволюционизма, игнорируя гораздо более глубокие эволюционные концепции Ж.-Б. Ламарка, П. Тейяра, К. Э. Бэра, Л. С. Берга, А. А. Любищева, С. В. Мейена и других.

БИБЛЕЙСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ И РАЗВИТИЕ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ

Примирить библейскую картину творения с эволюционными взглядами современной науки не столь сложно, если провести между ними четкий и вполне обоснованный водораздел. Библия символически выражает связь природного мира с Творцом, а наука непосредственно описывает природу, отвлекаясь от существования этой связи. Но не теряет ли от этого сама наука?

Мысль о том, что природный мир не существовал изначально, но был создан Творцом рядом последовательных актов творения, стимулирует глубокие научные идеи. В космологии она привела к открытию “антропного принципа”, согласно которому законы природы и вся Вселенная устроены так, как будто они были специально созданы для появления человека. Небольшие изменения в законах микромира сделали бы невозможным появление атомов. Существующие законы электрического взаимодействия позволили возникнуть сложным молекулярным структурам. Закон всемирного тяготения гарантирует возникновение и устойчивость Солнечной системы, обеспечивающей нужные климатические условия Земле.

Конечно, признание учеными “антропного принципа”) не означает их уверенности в том, что мир был сотворен. Этот принцип состоит лишь в том, что изучаемая наукой Вселенная устроена так, как если бы она создавалась специально для того, чтобы в ней мог существовать человек. Этот факт допускает различные мировоззренческие интерпретации.

Речь идет вовсе не о том, что “наука доказала, что мир сотворен Богом”. (Это столь же не в силах науки, как и доказательство противоположного.) Скорее наоборот, представление о сотворении мира здесь помогло сформулировать важный научный принцип — послужило хорошей подсказкой.

Здесь и открывается интересная возможность перейти к принципиально новым отношениям между религией и естествознанием.

Вместо соперничества возникает плодотворное сотрудничество, которое можно пояснить такой аналогией. Палеонтология дала огромный эмпирический материал, который можно интерпретировать как следы эволюционного процесса жизни. Подобно этому естествознание накопило гигантский запас сведений об устройстве физического мира и жизни на Земле, который можно интерпретировать как следы Божественного акта творения. Антропный принцип в космологии — это лишь первая ласточка в возможном ряду таких представлений.

Все дело в том, что наука позволяет обнаружить в глубине открытых непосредственному наблюдению феноменов фундаментальные сущности. Эти сущности составляют реальность, совсем не похожую на то, что непосредственно видит наблюдатель. Классическое естествознание еще пыталось объяснить мир “видимых” явлений через наглядные представления: взаимодействие атомов, мыслимых как обычные частицы миниатюрных размеров, или движение материальных субстанций (теплород или эфир), похожих по своим свойствам на жидкость или газ. Современная наука отказалась от принципа подобия глубинной и наблюдаемой реальности. Современная физика ищет объяснение в математических структурах, лишенных наглядной интерпретации (бесконечномерные пространства, структуры симметрии и т. п.). Биолог объясняет появление органических форм через свойства генетического кода, записанного в молекулярном строении ДНК и несущего информацию об этих формах. Глубинная (“невидимая”) реальность как бы несет в себе “замысел Творца”, проявляющийся в феноменах, доступных наблюдению.

Ученый ставит себе целью не просто объяснить одни явления через другие, но понять этот “замысел”. Для этого требуется воображение, способность конструировать объекты, свойства которых совсем не похожи на свойства вещей, открытых в непосредственном опыте. Опять-таки, не важно, верит ли данный конкретный исследователь в существование Творца. Объективная логика развития науки заставляет ученого действовать так, как будто он разгадывает замысел Творца, чтобы понять феномен природы.

Ученый волен здесь сместить акцент: пытаясь понять некий феномен, он реконструирует обусловившую его фундаментальную реальность как запечатленный след акта тво -

рения. Так, например, концепция эволюции по Л. С. Бергу позволяет ставить вопрос о расшифровке эволюционной программы преобразования генотипа, как некоторой исходной информации, возникающей в акте творения жизни.

С данной точки зрения интересно не столько объяснить сам процесс эволюции, сколько понять факторы, определяющие многообразие живых форм. Поэтому самостоятельный интерес приобретают систематика, морфология, генетика и эмбриология, позволяющие обнаружить фундаментальные механизмы, которые лежат в основе эволюционного развития жизни на Земле.

ВРЕМЯ И ВЕЧНОСТЬ

 

Акт творения отличается от эволюционного процесса не только своей однократностью, но и тем, что сотворение мира происходит в вечности, а эволюция длится во времени. Вечность — это вовсе не бесконечно длящееся время, но отсутствие времени, преодоление его. В вечности нет понятий “раньше” и “позже”, “короче” и “дольше”. Само время, согласно блаженному Августину, было сотворено вместе с миром. Поэтому бессмысленно ставить вопрос о том, сколько в действительности длился каждый из шести дней творения.

Однако если в этот “день” был инициирован определенный этап эволюционного процесса, то длительность этапа правомерно пытаться оценить. Строго говоря, нельзя говорить о том, что первый день имел место раньше второго или пятого, ибо и тот и другой состоялись не во времени, но в вечности. Нумерация этих дней характеризует, скорее, их логическую, а не временную последовательность.

Можно было бы говорить о шести уровнях или “пластах” вечности, в лоне которой зародилось время.

Про событие, происходящее в вечности, нельзя сказать “оно было” или “оно будет”. Это событие есть всегда — пребывает вечно. Последовательность дней творения, изображенная на рисунке, это только доступный не слишком изощренному разумению символ соотношения шести уровней акта творения, как начальной точки отсчета исторического времени:

Если дни творения интерпретировать не как события на временной оси, но как пласты вечности, то мы придем к представлению о том, что эта временная ось располагается как бы внутри этих пластов. Такая интерпретация проиллюстрирована на другом рисунке, где вечность не только предшествует историческому времени, но и замыкает временную ось:

Такая интерпретация имеет определенную опору в Апокалипсисе, повествующем о конце земной истории. Если творение мира завершается созданием человека, то история имеет своим непосредственным финалом суд над человеком. В предпоследней главе Апокалипсиса говорится о новом небе и новой земле, “ибо прежнее небо и прежняя земля миновали” (гл. 21:1), а в последней (гл. 22:5) написано: “И ночи не будет там, и не будут иметь нужды ни в светильнике, ни в свете солнечном, ибо Господь Бог освещает их”. Таким образом, этапы конца света, по откровению святого Иоанна Богослова, допускают сопоставление, по крайней мере, с тремя из этапов творения мира” но следуют в обратном порядке, как это изображено на рисунке.

Все это еще раз подчеркивает, что представления о сотворении мира и его эволюционном развитии в принципе не конкурируют, но дополняют друг друга. Первое из них рассматривает мир в перспективе вечности, допускающей лишь символическое описание, а второе — в перспективе исторического времени, требующей научного объяснения. Проблема состоит в правильном соотнесении обеих перспектив для понимания природных феноменов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эволюция

человеческого

разнообразия

Ричард ЛЕВОНТИН

Теперь мы видим как бы сквозь тусклое стекло...

Из послания

апостола Павла коринфянам

Главным изменением в наших представлениях о мире, происшедшим в XIX веке, было распространение эволюционизма. Задолго до появления в 1859 году “Происхождения видов” Чарлза Дарвина европейская мысль все больше склонялась к тому, что характерная черта всех социальных и естественных систем — это изменение. В 1795 году Джеймс Геттон сформулировал теорию эволюции геологических формаций, а в 1796-м маркиз Пьер Симон де Лаплас представил свою небулярную (космогоническую) гипотезу происхождения Солнечной системы. В том же году дед Чарлза Дарвина, Эразм, опубликовал теорию эволюции жизни в форме эпической поэмы “Зоономия”. В 1824 году Никола Сади Карно обосновал, эволюционную теорию термодинамически, продемонстрировав, что энтропия всегда возрастает, потому что все устройства, выполняющие тепловую работу, не идеальны по своей эффективности.

Ко времени появления “Происхождения видов” Герберт Спенсер разделял те же идеи, утверждая, что органическая жизнь могла возникнуть только после того, как развилось все остальное.

По известным представлениям, мир появился в результате специального акта творения. Но тогда он не имеет ни прошлого, ни будущего, потому что прошлое и будущее точно такие же, как настоящее: виды при своем появлении на свет были такими же, как сейчас, и такими же они останутся в этом мире, не имеющем конца. Нельзя просто сказать, что их история неправильно описана, — у них нет истории.

Эволюционное мировоззрение — представление, согласно которому все системы находятся в состоянии непрерывного изменения, — различает прошлое, настоящее и будущее. Принятие такого взгляда — первый шаг в превращении описаний природы в ее историю. Но это только первый шаг. Для того чтобы превратить хроники прошлых событий в исторические объяснения, необходимо, чтобы изменения в системе были причинно связаны друг с другом. Настоящее должно не просто следовать за прошлым, оно должно быть его следствием. “И сказал Бог: “Да будет свет”. И стал свет”. Это язык хроники, а не истории (хотя, конечно, предполагается, что свет появился потому, что так сказал Бог). Простое наблюдение и констатация того, что жизнь развивалась, что формы, существовавшие в прошлом, больше не существуют, а живущие сегодня миллионы лет назад отсутствовали, — еще не теория эволюции. Ископаемые представляют собой хронику прошлой жизни, а не историю прошлых событий. История требует причинной теории, объясняющей, как и почему одна форма стала другой.

Дарвиновская теория эволюции путем естественного отбора дала именно такое причинное объяснение, которое превратило хронику в историю. И именно поэтому мы совершенно правильно связываем имя Дарвина с наукой об эволюции, хотя уже его дед знал так же хорошо, как и он, что жизнь развивается.

Причинная теория изменения, какой является дарвиновская теория естественного обора, имеет два следствия — для прошлого и для будущего. Поскольку настоящее постоянно и причинно вытекает из прошлого, мы можем понять наше нынешнее состояние, только зная, откуда мы произошли. Прошлое — это начальное условие того динамического процесса, благодаря которому существует сегодняшнее. Именно в этом смысле знание прошлого необходимо для объяснения настоящего пояснения настоящего. Оно помогает нам узнать, почему из многих последствий, которые возможны при действии одних и тех же эволюционных сил, мы пришли именно к нашей нынешней форме, а не к какой-либо другой. Вместе с тем, не следует делать ошибку, предполагая, что одного прошлого может быть достаточно для объяснения настоящего. Социальные взаимоотношения людей нельзя объяснить, просто сказав, что мы произошли от обезьяноподобных предков, что мы не более чем “безволосые обезьяны”, все взаимоотношения которых заданы в поведении шимпанзе.

Такое представление разрушает историю под видом ее объяснения, ибо нельзя утверждать, что наше современное состояние — это прошлое, имеющее лишь другой внешний вид.

Второе следствие причинной теории эволюции состоит в том, что будущее не может быть предсказано без соотнесения его с настоящим. Если прошлое было начальным условием для настоящего, то, следовательно, настоящее содержит наше будущее. Независимо от того, сколь полезно было бы для животного уметь летать, ни у одного позвоночного крылья не могли развиться иначе, чем ценой утраты одной пары конечностей. Оказывается, четвероногие не имеют эволюционных возможностей развить дополнительную пару конечностей — независимо от того, насколько благоприятным был бы такой результат. Пегас оказался эволюционно невозможен. Поэтому, если мы хотим сделать хоть какое - то предсказание относительно биологического будущего человеческого вида, мы должны понимать его сегодняшнее биологическое состояние.

Поскольку прошлое — это условие настоящего, а настоящее — условие будущего, возникает соблазн сказать, что мы не в силах предсказать грядущее, не зная того, что было в прошлом. В общем, виде, однако, такое утверждение ошибочно. Хотя это и может показаться парадоксальным, но соответствие прошлого и настоящего не переносится — для большинства физических систем — в будущее; иначе говоря, то, что произойдет в будущем, зависит только от сегодняшнего состояния системы. Такие системы, в которых будущее зависит от настоящего, а не от того, как это настоящее было достигнуто, связывают с марковскими процессами (по имени математика, который первым их исследовал). Большинство популяционных процессов имеет такое марковское свойство, — как и любой физический процесс, который не может хранить информацию о прошлых событиях.

Например, численность американского населения в 1982 году зависела только от того, сколько людей различных возрастов были живы в 1981 году, и от уровня рождаемости и смертности в этом году среди людей различных возрастных групп. Не имеет значения, было ли население в 1980 году больше или меньше, чем в 1981-м.

Однако не все физические системы — марковские, и различие между марковским и немарковским процессами фундаментально для различий между культурной историей человека и его биологической эволюцией. Язык, письмо, особенности материальной культуры (такие, как постройки) и культурные феномены (такие, как способы производства) — все это прямые свидетельства влияния прошлого на будущее. Упадок европейской культуры, продолжавшийся в течение долгого времени после крушения Рима, был, по крайней мере, частично, следствием огромной утраты технических и гуманитарных знаний, которая произошла при последнем разрушении библиотеки Александрии в 391 году. Напротив, очень быстрое развитие мусульманской культуры, начиная с VII века объясняется, отчасти тем, что знания классических времен — знания, недоступные латинским и греческим ученым в Европе, — сохранялись в арабских рукописях.

А вот история биологической эволюции видов у конкретных их представителей нигде не хранится. Современное состояние видов действительно является следствием их историй, но на эволюционное будущее этих видов оказывают влияние только гены, которыми они в настоящий момент обладают, независимо от того, как они были приобретены. Следовательно, в биологии нет “исторической памяти” — она существует только в книгах.

ДАРВИНОВСКАЯ ЭВОЛЮЦИЯ

Естественные системы, которые, развиваясь, изменяются со временем, осуществляют это с помощью двух очень разных механизмов. Одни системы, например звезды, претерпевают трансформационную эволюцию. Другие, такие, как живые существа, эволюционируют на основе вариационного процесса. Трансформации связаны с тем, что все конкретные члены системы проходят одинаковую последовательность стадий. Выборка людей изменяется потому, что все индивиды сами по себе развиваются. Звезды эволюционируют, изменяясь от молодых звезд к красным гигантам, белым карликам и затем мертвым массам. Эволюционирует вся Вселенная, потому что каждая звезда в ней, включая и наше Солнце, претерпевает со временем трансформацию.

Вариационная эволюция, напротив, — это такой процесс, при котором изменяются пропорции различных типов объектов в системе, даже если сами объекты не изменяются. В Соединенных Штатах рождается примерно 104 мужчины на каждые 100 женщин, но к 60-летнему возрасту остается лишь около 89 мужчин на 100 женщин. Это происходит не из-за того, что мужчины превратились в женщин, подобно тому, как звезды превращаются в красные гиганты, а потому, что вероятность дожить до 60-летнего возраста составляет для мужчин примерно 85%. Разный уровень смертности у двух полов приводит к увеличению в популяции доли женщин.

До дарвиновского “Происхождения видов” все теории органической эволюции были трансформационными. Они предполагали, что отдельный член вида должен претерпеть некоторые изменения, чтобы он и его потомство превратились в членов другого вида. Такова была теория Ламарка, утверждавшая, что характерные изменения, приобретенные организмом в процессе жизни, будут передаваться потомству. И значит, вид в целом будет эволюционировать в соответствии с теми физическими изменениями, которые возникают у каждого его члена при взаимодействии со средой.

Решение Дарвиным проблемы происхождения новых видов было совершенно другим. Он заметил внутри каждого вида огромное количество вариаций. Согласно теории Дарвина, частота этих вариаций в популяции увеличивалась или уменьшалась вследствие различного выживания и воспроизводства уже существующих вариантных форм. И механизм эволюции заключается в том, что внутрипопуляционная изменчивость превращается в межпопуляционную и, следовательно, в межвидовую. Различие между видами уже имманентно присутствует в различиях между особями.

Теория эволюции путем естественного отбора содержит три основных утверждения и механистическое объяснение. Эти три утверждения таковы:

1) внутри популяции существует межиндивидуальная изменчивость по форме, размеру, физиологии и поведению (принцип изменчивости);

2) существует корреляция между родителями и их потомством: потомство похоже на своих родителей больше, чем на других, не родственных им индивидов (принцип наследственности);

3) некоторые вариантные формы выживают и оставляют потомство чаще, чем другие формы (принцип отбора).

Механистическое объяснение: причина того, что некоторые формы оставляют больше потомства, чем другие, состоит в том, что ресурсов для выживания недостаточно и некоторые формы превосходят другие в их получении (принцип борьбы за существование).

Краеугольный камень эволюции путем естественного отбора — принцип изменчивости. Должно существовать что-то для отбора:

если все члены популяции идентичны по данному признаку, то тогда, независимо от того, насколько хорош или плох этот признак для вида, никакой эволюции не произойдет. Так, если бы все люди оказались одинаково худыми, то было бы совершенно бессмысленно говорить о том, что для защиты от холода вид должен развить жировую прослойку, — потому что нет толстых индивидов для отбора!

Столь же важен принцип наследственности. Даже если есть различия между отдельными членами популяции, одна лишь их дифференциальная репродуктивность не может изменить состава популяции — необходимо еще, чтобы потомки различных типов отличались друг от друга так же, как отличались их родители. То есть эволюция путем естественного отбора требует не просто изменчивости, но наследуемой изменчивости.

Наконец, несомненно, что эволюция путем естественного отбора действует только тогда, когда различные наследственные типы оставляют различное количество потомков. Это принцип отбора. Нас не должна, однако, вводить в заблуждение популярная характеристика отбора как выживания наиболее приспособленных. Слово “приспособленный” имеет много значений — физически приспособленный, морально приспособленный и так далее, — но ни одно из них не имеет отношения к тому, что понимают под приспособленностью эволюционисты. Для эволюционного изменения имеет значение только выживание и воспроизведение. С точки зрения эволюции олимпийский чемпион, у которого никогда не было детей, имеет нулевую приспособленность, в то время как И. С. Бах, который был малоподвижным и с большим избытком веса, имел необычайно высокую приспособленность в дарвиновском смысле, так как был отцом двадцати детей.

Важно понимать, что борьба за существование — вовсе не главный или необходимый принцип вариационной теории эволюции. Да, Дарвин считал, что все живые существа производят потомства больше, чем может прокормиться за счет существующих ресурсов. Эта точка зрения стала популярной после выхода в свет “Опыта о законе народонаселения”, очерка, опубликованного впервые в конце XVIII века преподобным Томасом Робертом Мальтусом. Но борьба за ресурсы в условиях их недостатка — совсем не правило для живых существ, и не единственная причина дифференциального выживания и воспроизведения. Так, если личинки одного жука могут выживать при минусовых температурах лучше, чем личинки другого, то популяционная частота первого возрастет в случае нескольких суровых зим подряд, хотя этот жук ни в каком смысле не борется с другими членами своей популяции за ограниченные ресурсы. Следовательно, эволюция не зависит от перенаселения и конкуренции.

Необходимо знать и то, что эволюция путем естественного отбора имеет самоограничения. Процесс отбора не может вступить в действие до тех пор, пока не появится основной материал для него — наследственная изменчивость. Вместе с тем одно из возможных следствий отбора — обогащение популяции одним из вариантов, имеющим наибольшую приспособленность, и часто до тех пор, пока популяция не начнет состоять из одного этого варианта. Таким образом, отбор может привести к тому, что популяция утратит генетическую изменчивость, которая была у нее вначале, и станет гомогенной. То есть процесс отбора приходит к концу и эволюция прекращается. Парадокс вариационной эволюции заключается в том, что естественный отбор разрушает те самые условия, которые делают его возможным. И это критический момент: если изменчивость в какой-то мере не будет периодически обновляться, эволюция остановится.

ИСТОЧНИКИ ИЗМЕНЧИВОСТИ

 

Первоначально все генетические изменения возникают из-за мутаций. При репликации ДНК происходят ошибки, из-за чего в белке, кодируемом данным геном, может произойти замещение одной аминокислоты на другую. Такой измененный белок станет обладать несколько иной чувствительностью к температуре, или к кислотности среды, или слегка измененным отношением к соединению, на которое он действует.

Однако вся эволюция не может основываться на изменениях в уже существующих 1 генах. К ним должны быть добавлены новые. Считается, что - новых функций представляет собой двухступенчатый процесс. Сначала ген случайно дублируется, и, таким образом, в хромосоме теперь содержится его лишняя копия. Так как для производства первоначального белка необходима только одна нормальная копия, лишняя копия может накапливать мутации без ущерба для организма. По прошествии некоторого времени в дубликате накопится достаточно изменений, чтобы придать ему новую функцию. Доказательством того, что такое дублирование и дивергенция происходили в процессе эволюции, может служить сходство последовательностей аминокислот в белках, продуцируемых различными генами одного и того же организма. Например, а -, Р -, у - и 6 - цепи человеческого гемоглобина кодируются четырьмя различными генами, но между этими белками существует огромное сходство.

Цепь, а состоит из 141 аминокислоты, тогда как цепи (3, у, 8 имеют по 146 аминокислот каждая. В 3 - и 6-цепях совпадают 136 аминокислот, а y - цепь идентична цепи Р по 107 позициям). Даже наиболее отличающаяся цепь, а совпадает с цепью 6 по 61 позиции аминокислот. А миоглобин — белок мышц, переносящий кислород, — возник в результате удвоения гена гемоглобина.

Хотя эволюция и зависит от мутационного процесса, ее скорость была бы очень мала, если бы она управлялась одними мутациями. Мутации — это редкие события. Вероятность мутирования составляет для каждого гена от 1 на 100 000 до 1 на 1 000 000. Разные гены имеют различные скорости мутирования, но большинство находится на низшем конце ряда.

Однако, хотя эволюция, происходящая в результате одних мутаций, очень медленна, общий прирост генетической изменчивости в целом довольно велик. За счет чего?

Изменения, привносимые в человеческий вид мутациями, — лишь основа, на которой строится генетическая изменчивость. То огромное богатство типов гамет, которым обладает вид, в конечном счете, создается полом. Половое размножение — это процесс, когда мутационная изменчивость между индивидами реконструируется и рекомбинируется, образуя генетические комбинации, прежде отсутствовавшие либо встречавшиеся редко. Такое перестраивание происходит в два этапа. Во-первых, гаметы двух совершенно чужих семейных линий соединяются при оплодотворении, создавая индивида с новым набором мутаций. И, во-вторых, когда у этого индивида позже формируются гаметы, то они в результате рекомбинации хромосом содержат комбинации аллелей (вариантов генов), которые ранее не существовали в одной гамете. Таким образом, помимо мутационной изменчивости, существует изменчивость комбинативная — один из главных источников генетического разнообразия внутри вида.

Кроме того, половое воспроизведение делает возможным соединение эволюционных потоков из весьма далеких друг от друга географических районов. Завоевания, захват в рабство, паломничество, массовые миграции преследуемых или обнищавших популяций в более гостеприимные общества — все это физически переносит людей из одной популяции в гущу другой. При половых контактах иммигрантов и коренных жителей, завоевателей и побежденных, хозяев и рабов физическая миграция превращается в генетическую миграцию. Когда миграция взаимная (что редко бывало в истории человечества), обе первоначальные популяции испытывают увеличение генетической изменчивости. При более обычном, несимметричном типе миграции принимающая популяция генетически обогащается в той степени, в которой донорская популяция отличается от нее генетически, и в зависимости от реальных масштабов скрещивания этих двух популяций.

Скажем, популяция Австралии, когда - то почти полностью англоирландская, стала более разнообразной в результате иммиграции за последние 30 лет сотен тысяч мальтийцев, итальянцев, греков и восточно - европейцев.

 

СЛУЧАЙНЫЙ ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ДРЕЙФ

Каждая семья и каждая популяция ограничены в размере, а каждое оплодотворение случайным образом соединяет два определенных набора генов. Это означает, что генетический состав популяции не будет абсолютно точно воспроизводиться в каждом последующем поколении. Случайные изменения в частотах генов происходят в каждом поколении, и происходят потому, что каждое новое поколение, в сущности, это только выборка гамет родителей. После того как эта выборка сформировалась, и возникло новое поколение с новой частотой генов, складывается новая выборка гамет — это уже следующее поколение.

Процесс изменения частот генов относится к марковским. В существующем ныне поколении нет воспоминания о том, какими были частоты генов вначале, много поколений назад, и, таким образом, ошибка выборки накапливается от поколения к поколению. Возможно, все копии одного из аллелей будут случайно утрачены и генетическая изменчивость по данному гену, станет нулевой. В теории вероятности этот процесс называется “прогулкой пьяницы” — по аналогии с пьяницей, который, выйдя из бара, оказывается в центре квартала и делает неуверенные шаги вправо и влево с равной вероятностью. Каким будет следующий шаг после каждого предыдущего — в том же или в противоположном направлении, — это чистая случайность. Наконец пьяница завершает свой путь в одном из концов квартала, где падает в грязь и засыпает. Можно показать математически, что, имея достаточно времени, пьяница наверняка достигнет той или иной канавы, — он не в силах вечно шататься из конца в конец.

Аналогично этому, частота аллелей не может вечно колебаться между 0 и 100%; в конечном счете, она должна измениться так, чтобы возникло полное сходство популяции по одному из аллелей данного гена. Либо аллель будет полностью потерян, либо будет характеризовать всю популяцию (когда утрачен другой аллель).

Следствие такого случайного генетического дрейфа аллелей в ограниченных популяциях состоит в том, что даже в отсутствие естественного отбора частоты генов варьируют и, в конце концов, генетическая изменчивость теряется. Это происходит быстро в маленьких популяциях (потому что в них только небольшое число гамет составляет выборку в каждом поколении) и медленно — в больших, но происходит всегда. Без новых мутаций, рекомбинаций и миграции каждая популяция, в конечном счете, станет генетически гомогенной и эволюция прекратится. То есть мы— снова видим, что мутационные изменения лежат в основе непрерывной эволюции.

ЕДИНСТВО ЧЕЛОВЕЧЕСКОГО ВИДА

С исторических позиций, Homo sapiens —молодой вид, который насчитывает не более

10000 поколений, а основные географические расы сформировались около 1500 поколений назад.

Процессы, вызывающие изменение частот генов, протекают медленно. Будучи однажды утерянным, аллель за 1500 поколений не так легко может восстановиться в популяции, состоящей, скажем, из 1000 человек. Силы отбора, даже если бы они были в десять раз сильнее, очень мало изменили бы частоты генов с момента возникновения нашего вида.

Вместе с тем даже очень небольшая миграция (например, если группы будут обмениваться только по одному человеку в каждом поколении) вполне достаточна, чтобы с помощью генетического дрейфа предотвратить дифференциацию групп. Благодаря силам миграции, нивелирующим различия, и общему для всех направлению отбора, люди во всем мире сохранились как члены одного и того же вида. И это несмотря на дифференциацию, которая произошла, когда люди были широко рассеяны по свету и жили маленькими изолированными популяциями.

Если бы мы (и как индивиды, и как культуры) были менее мобильны и адаптивны, дробящий процесс местного естественного отбора и дрейф могли бы разделить наш вид на локальные части, которые все больше и больше отличались бы друг от друга и со временем стали бы даже образовывать разные виды. Если что-нибудь и ясно в направлении человеческой эволюции, так это то, что процесс дифференциации людей, происходящий в локальных группах, хотя и обусловливает еще в значительной мере наше биологическое разнообразие, тем не менее, уменьшается. Унифицирующие силы миграции и общего отбора, действующие в общей среде и общих культурных условиях, сильнее, чем когда-либо прежде.

ПРОШЛОЕ ЧЕЛОВЕКА

Воссоздать эволюционное прошлое человека почти так же трудно, как и предсказать его будущее. Все утверждения, что человеческие общества выглядели так или иначе, следует воспринимать с величайшим скептицизмом. В действительности подобные утверждения — просто умозрительные построения. Когда мы рассматриваем отдаленное прошлое — до происхождения вида Homo sapiens, — мы имеем дело с фрагментарными и не связанными друг с другом ископаемыми останками.

Вопреки волнующим и оптимистическим утверждениям некоторых палеонтологов, никакие ископаемые виды гоминид не могут считаться нашими предками. На протяжении многих лет предполагалось, что неандертальский человек был ранней формой Homo sapiens, но теперь не исключена возможность того, что неандерталец был самостоятельным видом, жившим еще совсем недавно, в то же время, что и Homo sapiens (примерно 30 000 лет назад). Наиболее ранние формы, которые считаются относящимися к гоминидам, — это известные ископаемые, найденные Мэри и Луисом Лики в ущелье Олдовай и в других местах Африки. Эти ископаемые гоминиды жили более 1,5 миллиона лет назад и имели размер мозга вдвое меньший, чем наш. Они, конечно, не были представителями нашего собственного вида, и мы, собственно, не знаем, кто они — наши прямые предки или параллельная линия эволюционного развития.

Лишены всяких оснований утверждения, будто мы происходим либо от большого обезьяноподобного предка, который вел вегетарианский образ жизни (Australopithecus robustus), либо от плотоядного предка меньшего размера (Australopithecus africanus) и будто нашей сегодняшней природой мы обязаны тому, какой тип пищи предпочитали наши ранние предки. Мы не имеем ни малейшего представления о том, какие из этих видов были прямыми предками человека (если вообще хоть какие-то из них были ими). Все попытки доказать, что тот или иной ископаемый вид — наш прямой прародитель, отражают устаревшее представление об эволюции как о строго линейном процессе и о том, что все ископаемые формы должны составлять некую единую последовательность, соединяющую прошлое с настоящим.

В действительности эволюция осуществляется в процессе постоянного возникновения новых ответвлений, причем большинство ветвей быстро исчезает. Если новые виды возникают достаточно часто и большинство из них живет относительно недолго, то в каждый момент времени существует множество параллельных эволюционных линий, происходящих от общего предка. Из них только одна может быть представлена в отдаленном будущем, а все остальные исчезнут (см. рисунок).

Основная проблема в воссоздании эволюции человека состоит в том, что у нас нет близких родственников среди живущих ныне видов. Шимпанзе и горилла были связаны с нами общим предком, по крайней мере, 7 миллионов лет назад. Поэтому, если мы хотим проследить путь от этих обезьян до общего предка и потом опять к нам, необходимо рассмотреть более 14 миллионов лет независимой эволюции.

Переходя от эволюции предков человека к истории нашего вида как такового, от палеонтологии к археологии, мы переходим от обсуждения морфологической эволюции к другой области — культурным изменениям. В частности, мы хотим знать, как культурная организация человечества, включая величину популяции, структуру семьи, особенности миграции, способы производства, образ жизни и причины заболеваний, могла оказывать влияние на биологическую эволюцию и как все это зависело, от биологической эволюции. Как сказывался естественный отбор на нашем виде последние 30 000 лет?

Проблемы, возникающие при воссоздании прошлого, здесь столь же велики, как и при изучении ископаемых предков. Большинство археологических находок — это земледельческие поселения, маленькие и большие города и города-государства, которые появились около 8000 лет до н. э., когда на Ближнем Востоке стали культивировать зерновые. Поэтому большинство цивилизаций, воссозданных археологами, очень похожи на нашу. Сопутствовавшая всей истории человечества доземледельческая культура охотников и собирателей существовала на Земле именно в то время, когда в основном и происходила эволюция человека, но именно эта культура исчезла более 10 тыс. лет назад и оставила нам слишком мало для того, чтобы судить о ней. Все, что осталось, — это каменные и костяные инструменты, немного очагов, кухонного мусора и редкие прекрасные наскальные рисунки. Эти остатки материальной культуры древнего человека немногочисленны, поскольку немногочисленны были и сами их создатели.

Никакие из этих остатков не позволяют нам воспроизвести возрастные распределения, особенности семейной жизни, основные причины заболеваемости и смертности, уровень деторождения, разделение труда внутри семей или какие-либо социальные структуры. Можно сказать лишь, что людей было не очень много, но вид как целое (хотя это и не относится к отдельным людям или семьям) мог мигрировать очень быстро. Ранним мигрантам из Азии потребовалось меньше тысячи лет, чтобы добраться от того места, которое сейчас называется Западной Канадой, или до Южной Америки, преодолев 8000 километров.

Альтернативой раскопкам человеческого прошлого была попытка реконструкции — по аналогии с жизнью современных охотников и собирателей. Итурийских лесных пигмеев, бушменов Калахари, австралийских аборигенов, эскимосов и североамериканских индейцев стали рассматривать как реликты человеческого прошлого, современная культура которых может быть использована в качестве модели прошлых общественных отношений. Но это опасный метод. Лишь немногие из современных “примитивных” народов (а некоторые антропологи считают, что таких нет вообще) не испытали влияния обществ, организованных в государства. Можно вспомнить, что лошадей, которые еще недавно играли главную роль в жизни равнинных индейцев, завезли в Северную Америку испанские конкистадоры.

Более того, по крайней мере, некоторые современные охотники и собиратели представляют собой, по-видимому, людей, недавно отказавшихся от более гостеприимной среды, из которой они были изгнаны более агрессивными и удачливыми людьми, и поэтому их культура — это относительно новая адаптация к их условиям. Считать бушменов “примитивными” — все равно, что говорить о примитивности бактерий. Возможно, забывают, что бактерия имеет более длинную эволюционную историю, чем позвоночные. Конечно, эволюционными предками всех организмов должны быть одноклеточные организмы, но не всегда можно определенно сказать, какие свойства современной бактериальной клетки несут на себе отпечаток миллиарда лет эволюции, а какие возникли недавно. Поэтому, изучая бушменов, нам ничего не удается узнать, скажем, о средней продолжительности жизни во времена неолита. Большинство современных охотников и собирателей ведут маргинальное существование именно потому, что наиболее благоприятные районы мира заняты обществами с развитым сельскохозяйственным производством.

Реконструкция влияния сил естественного отбора на человеческий вид — это целиком предмет умозрительных рассуждений. В сущности, мы ничего не знаем ни о наследуемости большинства человеческих признаков, ни об уровне связанного с ней дифференциального воспроизводства, ни о том, каким образом различия в воспроизводстве могут изменяться с течением времени.

Есть основания предполагать, что отбор всегда действовал в пользу устойчивости к инфекционным заболеваниям. Чрезвычайное разнообразие антигенов, столь распространенное во всех человеческих популяциях, как раз может быть результатом такого отбора. Вполне возможно, что отбор также оказывал воздействие на изменение телосложения как средства улучшения теплорегуляции. Сложность такого процесса состояла в отборе по эффективной экономии жира — источника метаболической воды и средства сохранения энергии, способствующего выживанию при ненадежности запасов пищи.

Помимо таких физиологических черт, легко перечислить поведенческие характеристики, которые полезны для жизни человека и в отношении которых можно, создать воображаемый сценарий отбора. Так, готовность сотрудничать в собирании пищи и ее распределении — замечательная особенность современных охотников и собирателей — давала явное преимущество некоторым людям и их семьям. Люди, неспособные сотрудничать, могли исключаться из групп и, возможно, голодали. В равной мере удача на охоте и борьба с превратностями судьбы требуют групповой солидарности. Проблема, связанная с созданием таких версий отбора, состоит только в том, что им нет конца и нет хотя бы малейшего подтверждения, существует ли (или существовала ли) генетическая изменчивость, влияющая на способность к сотрудничеству. Есть ли такие генотипы, которые делают одних людей менее склонными к сотрудничеству, чем другие?

Было ли такое время, когда люди не сотрудничали, потому что не имели соответствующих генов — генов, которые затем возникли благодаря мутациям, рекомбинациям и стали объектом отбора? Сотрудничество представляет собой скорее адаптивную культурную реакцию чрезвычайно умного биологического вида на воспринимаемую им неопределенность среды.

 

БУДУЩЕЕ ЧЕЛОВЕКА

Единственное определенное утверждение о будущем нашего вида состоит в том, что его существование конечно. Из всех когда-либо существовавших видов 99,999% исчезло. Среднее время существования рода плотоядных — только 10 миллионов лет, а среднее время существования вида, конечно, гораздо короче. Реально жизнь на Земле уже наполовину в прошлом; она началась, судя по ископаемым, около 3 миллиардов лет назад, а примерно через 4 миллиарда лет Солнце превратится в красный гигант и поглотит в своем огне жизнь на Земле, а, в конечном счете, и саму Землю.

Необычайно трудно делать какие-либо надежные предсказания о нашем будущем, так как эволюция человека во многом зависит от состояния нашей культуры. Вероятнее всего, мы останемся единым видом, поскольку силы генетической связи (особенно миграция и единство в направлении отбора), по-видимому, возрастают. Трудно представить себе такую всеобщую катастрофу, которая раздробит вид на маленькие группы и изолирует их друг от друга на десятки тысяч лет, необходимые для формирования отдельных видов. Для этого нам понадобится не только вернуться к каменному веку, но и лишиться всех знаний о физическом мире, накопленных с тех пор.

Естественный отбор в целом должен стать еще слабее, чем сейчас, так как социальные институты сгладят влияние индивидуальной биологической изменчивости. Снижение в Европе уровня смертности от туберкулеза с 4000 человек на миллион в 1840 году до 13 на миллион в настоящее время ясно означает, что отбор по сопротивляемости к туберкулезу, в сущности, прекратился. Фактически в развитых странах по чисто демографическим причинам возможность для отбора любого типа быстро снижается. Для действия отбора должна существовать изменчивость в размере семьи. Если бы каждый рожденный человек, создавал семью и каждая семейная чета производила, на свет двоих детей, для отбора не было бы поля деятельности, потому что среди людей отсутствовали бы различия в уровне воспроизводства. Хотя мы, конечно, не достигли такой стадии, когда вообще нет изменчивости в уровне воспроизводства, все-таки наблюдается сильная тенденция в этом направлении. В 1900 году различия в размере семьи в западных странах были в три-четыре раза больше, чем сегодня.

Страны Южного полушария вносят гораздо больше генов в вид как целое, чем северные индустриальные страны. В результате в человеческом виде увеличатся частоты тех генов, которые в настоящее время характеризуют жителей Африки, Южной Америки и Южной Азии. Насколько сейчас можно судить, эта тенденция не будет иметь значительных последствий, кроме того, что вид в целом станет менее разнообразным и более темнокожим.

Некоторых интеллектуалов, особенно в англосаксонских странах, очень обеспокоило, что человеческий вид будет биологически наводнен “худшими породами без правил”. Основоположники современной статистики — Фрэнсис Гальтон, Карл Пирсон и Р. А. Фишер — были убеждены, что интеллект вида снижается, поскольку представители низших классов, то есть люди с более низким, как предполагалось, показателем интеллекта (IQ), имели больше детей. Статистические данные, говорившие о более высоком репродуктивном уровне людей с более низким IQ, были широко распространены до тех пор, пока в 1963 году не удалось показать, что они представляют собой математический артефакт. Он связан с тем, что для подсчета брали только те семьи, которые имели, по крайней мере, одного ребенка; бездетные люди из анализа исключались.

Когда же взяли полные данные, результаты оказались совершенно другими (см. таблицу). По этим результатам невозможно предсказать эволюционную тенденцию в изменении IQ.

Среднее число детей у родителей с разными IQ (C. Bajema, 1963)

Уровень IQ

Число опрошенных

Среднее число детей у одного человека

120

82

2.598

105-119

282

2.238

95-104

318

2.019

80-94

267

2.464

69-79

30

1.500

Общая выборка

979

2.236

Предсказание будущего действия отбора, как и реконструкция прошлого отбора, зависит только от нашего воображения и нашей готовности делать бездоказательные заявления. Никто из серьезно размышляющих ученых не решится угадывать биологическое будущее. Только 100 поколений отделяет нас от основания Римской республики. За первые 200 лет после Хиджры (переселения Мухаммеда и его приверженцев из Мекки в Медину в сентябре 622 года) люди из Аравии и Северной Африки прошли путь от отсталого пастушеского существования до высот культуры и мировой власти, превзойдя средиземноморский мир в искусстве, науке, поэзии, математике и политике. Когда Париж был деревней на Сене, Кордова при Омейядах стала центром западной цивилизации.

Учитывая, с одной стороны, большое генетическое сходство между различными человеческими группами и очень медленный темп генетических изменений, производимых отбором, а с другой стороны, напротив, удивительное разнообразие человеческих культур и почти мгновенные изменения в истории, трудно понять, какое отношение имеет биологическое разнообразие человека к его будущему. Биологи часто указывают на серповидноклеточную анемию как на пример действия естественного отбора в популяциях человека. А между тем ничто не иллюстрирует лучше ведущую роль культуры. Процесс отбора, который приводил к распространению в некоторых районах Африки аллеля, являющегося носителем гемоглобина S, полностью изменился на противоположный для многих африканцев из-за политических и экономических событий — порабощения этих африканцев и переселения их в Америку.

Второе политическое событие — решение Всемирной организации здравоохранения ликвидировать малярию — также начало изменять природу отбора в Африке и изменяло ее до тех пор, пока третье политическое событие — значительное сокращение расходов на антималярийную кампанию — не сохранило биологический статус-кво. В Америке, где гетерозиготность по аллелю, несущему гемоглобин S, не дает никаких преимуществ и где естественный отбор действует в направлении ликвидации аллеля из-за смерти детей с серповидноклеточной анемией, произошло четвертое политическое событие — требование черным населением социальной власти, что отразилось на свертывании исследовательских программ по лечению этого заболевания.

Книги о человеческой биологии или эволюции принято завершать возвышенными, а иногда напыщенными рассуждениями о будущем человеческого вида и о смысле его существования. Начав с трюизма, что люди — это животные, возникшие от других животных, биологи часто кончают ложным утверждением, что человеческие существа не более чем животные, которых можно понять, изучая обезьян, волков и диких гусей. Это ошибочное утверждение.

Самое удивительное свойство человеческой биологии, свойство, которое и есть в действительности результат биологической эволюции человека, — заключается в том, что люди сами творят свое индивидуальное и коллективное будущее. Развитие центральной нервной системы человека и связанная с ним эволюция руки, глаза и языка освободили людей от биологических ограничений, присущих нашим животным родственникам и предкам. Сознание человека и его социальная организация стали теми органами, которые определяют нашу индивидуальную и коллективную природу — и настоящую, и будущую. Великий эволюционист Феодосий Добржанский писал: “Ничто в биологии не имеет смысла иначе, чем в свете эволюции”. Мы же должны добавить: ничто в эволюции человека не имеет смысла иначе, чем в свете истории.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Взаимная помощь как фактор эволюции

П. А. КРОПОТКИН

 

Понятие о борьбе за существование как об условии прогрессивного развития, внесенное в науку Дарвином и Уоллесом, позволило нам охватить в одном обобщении громаднейшую массу явлений, и это обобщение легло с тех пор в основу всех наших философских, биологических и общественных теорий. Приспособление живых существ к обитаемой ими среде, их прогрессивное развитие, анатомическое и физиологическое, умственный прогресс и даже нравственное совершенствование — все эти явления стали представляться нам как части одного общего процесса. Мы начали понимать их как ряд непрерывных усилий — как борьбу против различных неблагоприятных условий.

Весьма возможно, что в начале своих работ Дарвин сам не сознавал всего значения и общности того явления — борьбы за существование,— к которому он обратился за объяснением одной группы фактов, а именно — накопления отклонений от первоначального типа и образования новых видов. Но он понимал, что выражение, которое он вводил в науку, утратило бы свой философский точный смысл, если бы оно было понято исключительно в его узком смысле — как борьба между индивидуумами за средства существования. А потому уже в самом начале своего великого исследования о происхождении видов он настаивал на том, что “борьбу за существование” следует понимать “в ее широком и переносном (метафорическом) смысле, то есть включая сюда зависимость одного живого существа от других, а также — что гораздо важнее — не только жизнь самого индивидуума, но и возможность для него оставить по себе потомство” (“Происхождение видов”, гл. III).

Таким образом, хотя сам Дарвин для своей специальной цели и употреблял слова “борьба за существование” преимущественно в их узком смысле, он предупреждал, однако, своих последователей от ошибки (в которую он сам впал одно время) — от слишком узкого понимания этих слов. В своем последующем сочинении “Происхождение Человека” он написал даже несколько прекрасных сильных страниц, чтобы выяснить истинный широкий смысл этой борьбы. Он показал здесь, как в бесчисленных животных сообществах борьба за существование между отдельными членами этих сообществ совершенно исчезает и как вместо борьбы является содействие (кооперация), ведущее к такому развитию умственных способностей и нравственных качеств, которое обеспечивает данному виду наилучшие шансы жизни и распространения.

Он указал, таким образом, что в этих случаях “наиболее приспособленными” оказываются вовсе не те, кто физически сильнее, или хитрее, или ловче других, а те, кто лучше умеет соединяться и поддерживать друг друга — как сильных, так и слабых,— ради блага всего своего общества. “Те общества,— писал он,— которые содержат наибольшее количество сочувствующих друг другу членов, будут наиболее процветать и оставят по себе наибольшее количество потомства”.

Выражение, заимствованное Дарвином из мальтусовского представления о борьбе всех против каждого, потеряло, таким образом, свою узость, когда оно переработалось в уме человека, глубоко понимавшего природу.

К несчастью, эти замечания Дарвина, которые могли бы стать основою самых плодотворных исследований, прошли незамеченными — из-за массы фактов, в которых выступала или предполагалась действительная борьба между индивидуумами за средства существования. При том же Дарвин не подверг более строгому исследованию сравнительную важность и относительную распространенность двух форм “борьбы за жизнь” в животном мире: непосредственной борьбы отдельных особей между собою и общественной борьбы многих особей — сообща.

Между тем именно такое исследование и было необходимо, чтобы определить истинные размеры и значение в природе единичной борьбы за жизнь между членами одного и того же вида животных по сравнению с борьбой целым обществом против природных препятствий и врагов из других видов. Мало того, в той же самой книге о происхождении человека опять-таки пробивалась мальтусовская закваска, — например, там, где Дарвин задавался вопросом: следует ли поддерживать жизнь “слабых умом и телом” в наших цивилизованных обществах? Как будто бы тысячи “слабых телом” поэтов, ученых, изобретателей и реформаторов не были самым сильным орудием человечества в его борьбе за жизнь — борьбе умственными и нравственными средствами, значение которых сам Дарвин так прекрасно выставил в своей книге.

С теорией Дарвина случилось то же, что случается со всеми теориями, имеющими отношение к человеческой жизни. Его последователи не только не расширили ее согласно его указаниям, а напротив — сузили ее еще более. Они стали изображать мир животных как мир непрерывной борьбы между вечно голодающими существами, жаждущими крови своих собратьев. Они наполнили современную литературу возгласами: “Горе побежденным!” — и стали выдавать этот клич за последнее слово науки о жизни.

“Беспощадную” борьбу из-за личных выгод они возвели на высоту принципа, закона всей биологии, которому человек обязан подчиняться,— иначе он погибнет в этом мире, основан-ном на взаимном уничтожении. Оставляя в стороне экономистов, которые из всей области естествознания обыкновенно знают лишь несколько ходячих фраз, и то заимствованных у второстепенных популяризаторов, мы должны признать, что даже наиболее авторитетные представители взглядов Дарвина употребляют все усилия для поддержания этих ложных идей. Если взять, например, Гексли, который, несомненно, считается одним из лучших представителей теории развития (эволюции), то мы видим, что в статье, озаглавленной “Борьба за существование и ее отношение к человеку”, он учит нас, что “с точки зрения моралиста, животный мир находится на том же уровне, что борьба гладиаторов...”

Взгляд Гексли на природу имеет так же мало прав на признание его научным выводом, как и противоположный взгляд Руссо, который видел в природе лишь любовь, мир и гармонию. Ошибка Руссо заключалась в том, что он совершенно упустил из вида борьбу, ведущуюся клювом и когтями, а Гексли повинен в ошибке противоположного характера. Но ни оптимизм Руссо, ни пессимизм Гексли не могут быть признаны беспристрастным научным истолкованием природы.

Едва только мы начинаем изучать животных, мы замечаем, что, хотя между различными видами и, в особенности между различными классами животных ведутся в чрезвычайно обширных размерах борьба и истребление,— в то же самое время в таких же или даже в еще больших размерах наблюдается взаимная поддержка, взаимная помощь и взаимная защита среди животных, принадлежащих к одному и тому же виду или, по крайней мере, к тому же сообществу. Общественность является таким же законом природы, как и взаимная борьба. Если спросить природу; “Кто же оказывается более приспособленным:

те ли, кто постоянно ведет войну друг с другом, или же, напротив, те, кто поддерживает друг друга?” — то мы тотчас увидим, что те животные, которые приобрели привычки взаимной помощи, оказываются, без всякого сомнения, наиболее приспособленными. У них больше шансов выжить — и единично, и как виду.

Насколько мне известно, из ученых, последователей Дарвина, первым, признавшим за взаимной помощью значение закона природы и главного фактора эволюции, был очень известный русский зоолог, бывший декан Петербургского Университета, профессор К. Ф. Кесслер. Он развил эту мысль в речи, произнесенной в январе 1880 года, за несколько месяцев до своей смерти на съезде русских естествоиспытателей. Но, подобно многим другим хорошим вещам, напечатанным лишь на одном только русском языке, эта замечательная речь осталась почти неизвестной. Кесслер указывал на то, как потребность оставить после себя потомство неизбежно соединяет животных, и “чем теснее дружатся между собою неделимые известного вида, чем больше оказывают взаимной помощи друг другу, тем более упрочивается существование вида и тем больше получается шансов, что данный вид пойдет дальше в своем развитии и усовершенствуется, между прочим, также и в интеллектуальном отношении”.

Свою речь Кесслер закончил следующими замечаниями: “Я ведь не отрицаю борьбы за существование, но только утверждаю, что прогрессивному развитию, как всего животного царства, так и специально человечества, не столько содействует взаимная борьба, сколько взаимная помощь...”

Правильность вышеприведенных взглядов обратила на себя внимание большинства присутствовавших на съезде русских зоологов, и Н. А. Северцов, работы которого хорошо известны орнитологам и географам, поддержал их...Готовность русских зоологов воспринять воззрения Кесслера объясняется весьма естественно тем, что почти все они имели случай изучать животный мир в обширных незаселенных областях Северной Азии или Восточной России, а изучение подобных областей неизбежно приводит к тем же выводам. Я помню впечатление, произведенное на меня животным миром Сибири, когда я исследовал Олекминско - Витимское нагорье в сообществе с таким выдающимся зоологом, каким был мой друг Иван Семенович Поляков.

Первое, что поражает, как только мы начинаем изучать борьбу за существование, как в прямом, •так и в переносном значении этого выражения,— это изобилие фактов взаимной помощи, практикуемой не только в целях воспитания потомства, как это признается большинством эволюционистов, но также и в целях безопасности особи и добывания ею необходимой пищи. Во многих обширных подразделениях животного царства взаимная помощь является общим правилом. Взаимная помощь встречается даже среди самых низших животных.

Конечно, наши познания о жизни беспозвоночных,— за исключением термитов, муравьев и пчел,— чрезвычайно ограничены. Бесчисленные сообщества саранчи, бабочек, сверчков, жучков совершенно еще не исследованы, но уже самый факт их существования указывает на то, что они должны составляться приблизительно на таких же началах, как и временные сообщества муравьев и пчел для целей переселения. Что же касается жуков, то известны вполне точно наблюденные факты взаимной помощи среди могильщиков. Жуки-могильщики закапывают в землю трупы всяких мелких животных, которые случайно попадаются им во время их поисков. Вообще жуки этой породы живут особняком, но, когда один из них находит труп мыши или птицы, который он не может сам закопать, он созывает еще несколько других могильщиков (их сходится иногда до шести), чтобы совершить эту операцию соединенными силами.

Даже среди животных, стоящих на несколько низшей ступени организации, мы можем найти подобные же примеры. Некоторые земноводные крабы Вест-Индии и Северной Америки соединяются громадными полчищами, когда направляются к морю для метания икры, причем каждое такое переселение непременно предполагает некоторое взаимное соглашение для совместного действия и взаимную поддержку. Что же касается больших Молуккских крабов, то я был поражен, увидавши в 1882 году в Брайтонском аквариуме, насколько эти, неуклюжие животные способны оказывать друг другу помощь.

Так, например, один из них перевернулся на спину, и его тяжелый, похожий на большую кастрюлю панцирь мешал ему принять обычную позу. Тогда его сотоварищи поспешили к нему на помощь, и в течение целого часа я наблюдал, как они старались помочь своему товарищу. Сначала явились двое крабов, толкавших своего друга снизу, и после усердных усилий им удавалось поставить его ребром. После многих попыток один из спасителей отправился в глубину чана и привел с собой еще двух крабов, которые со свежими силами принялись снова поднимать и подталкивать своего беспомощного товарища. Мы пробыли в аквариуме более двух часов и, уходя, снова подошли заглянуть в чан: работа освобождения все еще продолжалась! После того как я был свидетелем этого эпизода, я вполне верю наблюдению, упоминаемому Эразмом Дарвином, а именно, что “обыкновенный краб во время линяния ставит в качестве часовых неполинявших еще крабов или же особей с отвердевшей уже скорлупой, дабы защищать полинявшие особи в их беззащитном состоянии от нападений морских врагов”.

Факты взаимопомощи у термитов, муравьев и пчел хорошо известны. Отрыгивание пищи для кормления других является важной, чертой в жизни муравьев и постоянно применяется как для кормления голодных товарищей, так и для выкармливания личинок. По мнению Фореля, пищеварительные органы муравьев состоят из двух различных частей: одна из них, задняя, предназначается для специального пользования самого индивидуума, а другая, передняя — главным образом на пользу общины. Если бы какой-нибудь муравей с полным зобиком оказался настолько себялюбивым, что отказал бы в пище товарищу, с ним поступили бы как с врагом или даже хуже. Если бы отказ был сделан в такое время, когда его сородичи сражаются с каким-либо иным видом муравьев или с чужим муравейником, они напали бы на своего жадного товарища с большим ожесточением, чем на самих врагов. Но если бы муравей не отказался накормить другого муравья, принадлежащего к вражескому муравейнику, то сородичи последнего стали бы обращаться с ним как с другом.

Как бы ни были ужасны войны между различными видами муравьев и различными муравейниками, какие бы жестокости не совершались во время войны, взаимная помощь внутри общины и самоотречение на пользу общую обратились в привычку, а самопожертвование индивидуума для общего блага является общим правилом. Муравьи и термиты отреклись, таким образом, от “Гоббсовой войны” и только выиграли от этого.

Если бы мы не были знакомы ни с какими другими фактами из жизни животных, кроме тех, которые известны о муравьях и термитах, мы могли бы уже с уверенностью заключить, что взаимная помощь (ведущая к взаимному доверию — первому условию мужества) и индивидуальная инициатива (первое условие умственного прогресса) являются двумя условиями, несравненно более важными в эволюции мира животных, чем взаимная борьба.

Конечно, ни муравьи, ни пчелы, ни даже термиты не поднялись до понимания высшей солидарности, которая охватывала бы весь их вид. В этом отношении они, очевидно, не достигли той ступени развития, которой мы не находим даже среди политических, научных и религиозных руководителей человечества. Их общественные инстинкты почти не переходят за пределы муравейника или улья. Тем не менее, Форель описал колонии муравьев на Мои - Тандре и на горе Салеве, заключавшие в себе не менее двухсот муравейников, причем обитатели таких колоний принадлежали к двум различным видам.

Форель утверждает при этом, что каждый член этих колоний узнает всех остальных членов, и что все они принимают участие в общей защите. Мак-Кук наблюдал в Пенсильвании целую нацию муравьев, состоявшую из 1600—1700 муравейников, живших в полном согласии, а Бэтс описал огромные пространства в бразильских “кампосах” (степях), покрытые холмиками термитов, причем некоторые муравейники служили убежищем для двух или трех различных видов, и большинство этих построек было соединено между собою сводчатыми галереями и крытыми аркадами. Таким образом, попытки объединения довольно обширных подотделов вида для целей взаимной защиты и общественной жизни встречаются даже среди беспозвоночных животных.

Переходя теперь к высшим животным, мы находим еще больше случаев, несомненно, сознательной взаимной помощи.

Больше всего мы знаем о птицах. Одно из наиболее убедительных наблюдений в этом направлении принадлежит Северцову. Изучая фауну русских степей, он однажды увидал орла, принадлежащего к стайному виду белохвост. В продолжение получаса он молча описывал широкие круги, и вдруг внезапно раздался его пронзительный клекот. На этот крик вскоре ответил крик другого орла, подлетевшего к первому, за ним последовал третий, четвертый и т. д., пока не собралось девять или десять орлов, которые вскоре исчезли из виду. После полудня Северцов отправился к тому месту, куда, как он заметил, полетели орлы; укрываясь за одним из волнообразных возвышений степи, он приблизился к орлиной стае и увидал, что она собралась вокруг лошадиного трупа. Старые орлы, которые вообще кормятся первыми,— таковы правила приличия в орлином обществе — уже сидели на соседних стогах сена в качестве часовых, в то время как молодые продолжали кормиться, окруженные стаями ворон.

Из этого и других подобных наблюдений Северцов вывел заключение, что белохвостые орлы соединяются между собою для охоты; поднявшись все на большую высоту, они, если их будет, например, около десятка, могут осмотреть площадь, по крайней мере около пятидесяти квадратных верст, причем, как только один из них открывает что-нибудь, он тотчас сообщает об этом сотоварищам.

Общительность является общей чертой для очень многих других хищных птиц. Бразильский коршун каракара — один из самых “бесстыжих” грабителей — оказывается, тем не менее, чрезвычайно общительным. Его сообщества для охоты были описаны Дарвином и другими натуралистами, причем оказывается, что если он схватит чересчур крупную добычу, то созывает, пять или шесть товарищей, чтобы унести ее. Общительный гриф — одна из самых сильных пород коршунов — получил самое свое название за любовь к обществу. Они живут огромными стаями, и в Африке попадаются горы, буквально покрытые их гнездами. Они положительно наслаждаются общественной жизнью и собираются очень большими стаями для высоких полетов, составляющих своего рода спорт. Маленькие египетские коршуны тоже живут в большой дружбе. Они играют стаями в воздухе, вместе проводят ночь и утром гурьбою отправляются горы на поиски пищи, причем между ними не бывает никаких, даже мелких ссор.

Так свидетельствует Брэм, имевший полную возможность наблюдать их жизнь. Красногорлый сокол также встречается многочисленными стаями в бразильских лесах, а сокол пустельга, оставив Европу и, достигнув зимой степей и лесов Азии, собирается в большие сообщества. В степях южной России он ведет (вернее, вел) такую общительную жизнь, что Нордман видал его в больших стаях, совместно с другими соколами, которые собирались в ясные дни около четырех часов пополудни и наслаждались, своими полетами до поздней ночи. Они обыкновенно летели все вместе по совершенно прямой линии, вплоть до известной определенной точки, после чего немедленно возвращались по той же линии и затем снова повторяли тот же полет.

Подобные полеты стаями ради самого удовольствия полета очень обыкновенны среди всякого рода птиц.

Наконец, я совершил бы большую несправедливость по отношению к нашему столь оклеветанному домашнему воробью, если бы не упомянул о том, как охотно каждый из них делится всякой находимой им пищей с членами того общества, к которому он принадлежит. Этот факт был хорошо известен древним грекам, и до нас дошло предание о том, как греческий оратор воскликнул однажды (цитирую на память): “В то время как я говорил вам, прилетал воробей, чтобы сказать другим воробьям, что какой-то раб рассыпал мешок с зерном, и все они улетели подбирать зерно”. Тем более приятно мне было найти подтверждение этого наблюдения древних в современной небольшой книге Гернея, который вполне убежден, что домашние воробьи всегда уведомляют друг друга, когда можно где-нибудь поживиться пищей. Он говорит: “Как бы далеко от двора фермы ни обмолачивался скирд хлеба, — воробьи во дворе фермы всегда оказывались, с зобами, набитыми зерном”. Правда, воробьи с чрезвычайной щепетильностью охраняют свои владения от вторжения чужаков.

Так, например, воробьи Люксембургского сада в Париже жестоко нападают на всех других воробьев, которые пытаются в свою очередь воспользоваться садом и щедростью его посетителей. Но внутри своих собственных общин или групп они чрезвычайно широко практикуют взаимную поддержку, хотя иногда дело и не обходится без ссор,— как это бывает, впрочем, даже между лучшими друзьями.

Охота группами и кормление стаями настолько обычны в мире птиц, что едва ли нужно приводить еще примеры: эти два явления следует рассматривать как вполне установленный факт. Что же касается силы, которую дают птицам подобные сообщества, то она вполне очевидна. Самые крупные хищники вынуждены, бывают пасовать пред ассоциациями самых мелких птиц. Даже орлы — самый могучий и страшный орел-могильник или боевой орел, которые отличаются такой силой, что, могут поднять в своих когтях зайца или молодую антилопу,— бывают принуждены оставлять свою добычу стаям коршунов, которые устраивают правильную охоту за ними, как только заметят, что одному из них попалась хорошая добыча.

Какая громадная разница между силами коршуна, сарыча или ястреба и таких маленьких пташек, как луговая трясогузка! А между тем эти маленькие птички благодаря своим совместным действиям и храбрости одерживают верх над грабителями, которые обладают могучим полетом и превосходно вооружены для нападения! В Европе трясогузки не только гоняются за теми хищными птицами, которые могут быть опасны для них, но также и за ястребами-рыболовами — “скорее для забавы, чем для нанесения им вреда”,— говорит Брэм. В Индии галки гоняются за коршунами “просто для развлечения”, а бразильского орла часто окружают бесчисленные стаи туканов (“насмешников”) и “классиков” (птица, находящаяся в близком родстве с нашими грачами) и издеваются над ним. Орел обыкновенно относится к подобным надоеданиям очень спокойно; впрочем, от времени до времени он таки схватит одного из пристающих к нему насмешников...

Мы видим, таким образом, во всех этих случаях (а таких примеров можно было бы привести десятки), как маленькие птицы, неизмеримо уступающие по силе хищнику, оказываются тем не менее сильнее его, благодаря тому, что действуют сообща.

Однако самых поразительных результатов — в смысле обеспечения личной безопасности, наслаждения жизнью и развития умственных способностей путем общественной жизни — достигли два больших семейства птиц, а именно — журавли и попугаи.

Журавли чрезвычайно общительны и живут в превосходных отношениях не только со своими сородичами, но и с большинством водяных птиц. Их осторожность не менее удивительна, чем их ум. Они сразу разбираются в новых условиях и действуют сообразно новым требованиям. Их часовые всегда находятся на страже, когда стая кормится или отдыхает, и охотники по опыту знают, как трудно к ним подобраться. Если человеку удается захватить их где-нибудь врасплох, — они больше уже не возвращаются, на это место, не выславши вперед сперва одного разведчика, а вслед за ним — партию разведчиков. Когда эта партия возвратится с известием, что опасности не предвидится, высылается вторая партия разведчиков — для проверки показания первых, прежде чем вся стая решится двинуться вперед.

Со сродными видами журавли вступают в действительную дружбу, а в неволе нет другой птицы, за исключением только не менее общительного и смышленого попугая, которая вступала бы в такую действительную дружбу с человеком. “Журавль видит в человеке не хозяина, а друга, и всячески старается выразить это”,— говорит Брэм. С раннего утра до поздней ночи журавль находится в непрерывной деятельности. Он посвящает всего несколько часов утром на добывание пищи, главным образом растительной, остальное же время отдает жизни в обществе. “Он схватывает маленькие кусочки дерева или камешки, подбрасывает их на воздух, пытаясь потом снова схватить их; он выгибает шею, распускает крылья, пляшет, подпрыгивает, бегает и всячески выражает свое хорошее настроение и всегда остается красивым и грациозным”. Так как он постоянно живет в обществе, то почти не имеет врагов, и хотя Брэму приходилось иногда наблюдать, как одного из них случайно схватил крокодил, но, за исключением крокодила, он не знал никаких других врагов у журавля.

Осторожность журавля, вошедшая в пословицу, спасает его от всех врагов, и вообще он доживает до глубокой старости. Неудивительно поэтому, что для сохранения вида журавлю нет надобности, воспитывать многочисленное потомство, и он обыкновенно кладет не более двух яиц. Что касается до высокого развития его ума, то достаточно сказать, что все наблюдатели единогласно признают, что умственные способности журавля сильно напоминают способности человека.

Другая чрезвычайно общительная птица, попугай, стоит, как известно, по развитию ее умственных способностей во главе всего пернатого мира. Их образ жизни так превосходно описан Брэмом, что мне достаточно будет привести нижеследующий отрывок как лучшую характеристику: “Попугаи живут очень многочисленными обществами или стаями, за исключением периода спаривания. Они выбирают для стоянки место в лесу, откуда каждое утро отправляются на свои охотничьи экспедиции. Члены каждой стаи очень привязаны друг к другу и делят между собою и горе, и радость. Каждое утро они вместе отправляются в поле, или в сад, или на какое-нибудь фруктовое дерево, чтобы кормиться там фруктами или плодами. Они расставляют часовых для охраны всей стаи и внимательно относятся к их предостережениям. В случае опасности все спешат улететь, оказывая поддержку, друг Другу, а вечером все в одно и то же | время возвращаются на место отдохновения. Короче говоря, они всегда живут в тесном дружественном союзе”.

Отправляясь на охоту, попугаи проявляют не только удивительную смышленость и осторожность, но и умение соображаться. С обстоятельствами. Так, например, стая белых какаду в Австралии, прежде чем начать грабить хлебное поле, непременно - сперва вышлет разведочную партию, которая располагается на самых высоких деревьях по соседству с намеченным полем, тогда как другие разведчики садятся на промежуточные деревья, между полем и лесом, и передают сигналы. Если сигналы извещают, что “все в порядке”, тогда десяток какаду отделяется от стаи, делает несколько кругов в воздухе и направляется к деревьям, ближайшим к полю. Эта вторая партия в свою очередь довольно долго осматривает окрестности и только после такого осмотра дает сигнал к общему передвижению, — после чего вся стая снимается сразу и быстро обирает поле. Австралийские колонисты с большим трудом преодолевают бдительность попугаев.

Если человеку, при всей его хитрости и с его оружием, удастся убить несколько какаду, то они становятся после того настолько бдительными и осторожными, что уже расстраивают вслед за тем все ухищрения врагов.

Нет никакого сомнения, что только благодаря общественному характеру их жизни, попугаи могли достичь того высокого развития смышлености и чувств, почти доходящих до человеческого уровня, которое мы встречаем у них. Высокая их смышленость побудила лучших натуралистов назвать некоторые виды, — а именно серых попугаев — “птицей-человеком”. А что касается до их взаимной привязанности, то известно, что, если один из их стаи бывает, убит охотником, остальные начинают летать над трупом своего сотоварища с жалостными криками и сами падают жертвами своей дружеской привязанности, а если два пленных попугая, хотя бы принадлежащих к двум разным видам, подружились между собою и один из них случайно умирает, то другой также нередко погибает тоски и горя по умершему другу.

Не менее очевидно и то, что в своих сообществах попугаи находят несравненно большую защиту от врагов, чем они могли бы найти при самом идеальном развитии у них “клюва и когтей”. Весьма немногие хищные птицы и млекопитающие осмеливаются нападать на попугаев — и то только на мелкие породы,— и Брэм совершенно прав, говоря о попугаях, что у них, как у журавлей и у общительных обезьян, едва ли имеются какие-либо иные враги, помимо человека. При этом Брэм прибавляет: “Весьма вероятно, что большинство крупных попугаев умирает от старости, а не от когтей своих врагов. Один только человек, благодаря своему высшему разуму и вооружению, которые также составляют результат его жизни обществами, может до известной степени истреблять попугаев”. Самая их долговечность оказывается, таким образом, результатом их общественной жизни.

И по всей вероятности, нужно то же сказать и относительно их поразительной памяти, развитию которой, несомненно, способствует жизнь обществами, а также долговечность, сопровождаемая полным сохранением как телесных, так и умственных способностей вплоть до глубокой старости.

Из всего вышеприведенного видно, что война всех против каждого вовсе не является преобладающим законом природы. Взаимная помощь — настолько же закон природы, как и взаимная борьба, и этот закон станет для нас еще очевиднее, когда мы рассмотрим общественную жизнь млекопитающих.

 

 

 

Взаимная помощь как фактор эволюции

П. А. КРОПОТКИН

Ассоциация и взаимная помощь являются правилом у млекопитающих. Привычка к общественной жизни встречается даже у хищников, и во всем этом обширном классе животных мы можем назвать только одно семейство кошачьих (львы, тигры, леопарды и т. д.), которого члены действительно предпочитают одинокую жизнь жизни общественной и только изредка встречаются — теперь, по крайней мере,— небольшими группами. Впрочем, даже среди львов самое обыкновенное дело — охотиться группами.

Ассоциация встречается в животном мире на всех ступенях эволюции и появляется уже в самом начале развития животного мира. Но по мере того, как мы поднимаемся по лестнице эволюции, мы видим, что ассоциация становится все более и более сознательной. Она теряет свой чисто физический характер, она перестает быть просто инстинктивной и становится обдуманной. Среди высших позвоночных она уже бывает временной, периодичной или же служит для удовлетворения какой-нибудь определенной потребности, — например для воспроизведения, для переселений, для охоты или же для взаимной защиты. Она становится даже случайной, — например, когда птицы объединяются против хищника или млекопитающие сходятся для эмиграции под давлением исключительных обстоятельств. В этом последнем случае ассоциация становится добровольным отклонением от обычного образа жизни.

Затем объединение бывает иногда в две или три степени — сначала семья, потом группа и, наконец, ассоциация групп, обыкновенно рассеянных, но соединяющихся в случае нужды, как мы это видели на примере буйволов и других жвачных. Ассоциация также принимает высшие формы и тогда обеспечивает большую независимость для каждого отдельного индивидуума, не лишая его вместе с тем выгод общественной жизни. У большинства грызунов каждая семья имеет свое собственное жилище, куда она может удалиться, если пожелает уединения, но эти жилища располагаются селениями и целыми городами так, чтобы всем обитателям были обеспечены все удобства и удовольствия общественной жизни. Наконец, у некоторых видов, например у крыс, сурков, зайцев и т. д., общительность жизни поддерживается, несмотря на сварливость или вообще на эгоистические наклонности отдельно взятых особей. Во всех этих случаях общественная жизнь уже не обусловливается, как у муравьев и пчел, физиологической структурой; она культивируется ради выгод, даваемых взаимной помощью, или же ради приносимых ею удовольствий.

И это, конечно, проявляется во всех возможных степенях и при величайшем разнообразии индивидуальных и видовых признаков, — причем самое разнообразие форм общественной жизни является последствием, а для нас и дальнейшим доказательством ее всеобщности.

Общительность, т. е. ощущаемая животным потребность в общении с себе подобными, любовь к обществу ради общества, соединенная с “наслаждением жизнью”, только теперь начинает получать должное внимание со стороны зоологов. В настоящее время нам известно, что все животные, начиная с муравьев, переходя к птицам и кончая высшими млекопитающими, любят игры, любят бороться и гоняться один за другим, пытаясь поймать друг друга, любят поддразнивать друг друга и т. д. И если многие игры являются, так сказать, подготовительной школой для молодых особей, приготовляя их к надлежащему поведению, когда наступит зрелость, то наряду с ними имеются и такие игры, которые, помимо их утилитарных целей, вместе с танцами и пением, представляют простое проявление избытка жизненных сил — “наслаждение жизнью” — и выражают желание тем или иным путем войти в общение с другими особями того же или даже иного вида. Короче говоря, эти игры представляют проявление общительности в истинном смысле этого слова, являющейся отличительной чертой всего животного мира.

Эта потребность проникает всю природу; и в столь же сильной степени, как и любая физиологическая функция, она составляет отличительную черту жизни и впечатлительности вообще. Эта потребность составляет высшее развитие и принимает наиболее прекрасные формы у млекопитающих, особенно у молодых особей, и еще более у птиц.

Жизнь сообществами дает возможность самым слабым насекомым, самым слабым птицам и самым слабым млекопитающим защищаться против нападений хищников; она обеспечивает им долголетие; она дает возможность виду выкармливать свое потомство с наименьшей растратой энергии и поддерживать свою численность даже при очень слабой рождаемости; она позволяет стадным животным совершать переселения и находить себе новые местожительства. Поэтому, хотя и признавая вполне, что сила, быстрота, предохранительная окраска, хитрость и выносливость к холоду и голоду, упоминаемые Дарвином и Уоллесом, действительно представляют качества, которые делают особь или вид наиболее приспособленными при некоторых известных обстоятельствах, мы вместе с тем утверждаем, что общительность является величайшим преимуществом в борьбе за существование при всяких природных обстоятельствах.

Те виды, которые волей или неволей отказываются от нее, обречены на вымирание, тогда как животные, умеющие наилучшим образом объединяться, имеют наибольшие шансы и на дальнейшую эволюцию. Высшие позвоночные, и в особенности человеческий род, служат лучшим доказательством этого утверждения.

Что же касается до умственных способностей, то каждый дарвинист согласится с Дарвином в том, что они представляют наиболее могущественное орудие в борьбе за существование и наиболее могущественный фактор дальнейшей эволюции; он согласится также и с тем, что умственные способности еще более всех остальных обусловливаются в своем развитии общественной жизнью. Язык, подражание другим и накопленный опыт — необходимые элементы для развития умственных способностей, и именно их бывают лишены животные необщественные. Потому-то мы и находим, что на вершине различных классов стоят такие животные, как муравьи и термиты, у которых высоко развиты как умственные способности, так и общительность.

“Наиболее приспособленными”, наилучше приспособленными для борьбы со всеми враждебными элементами оказываются, таким образом, наиболее общительные животные, так что общительность можно принять главным фактором эволюции — как непосредственно, потому что он обеспечивает благосостояние вида вместе с уменьшением бесполезной растраты энергии, так и косвенно, потому что он благоприятствует росту умственных способностей.

Кроме того, очевидно, что жизнь сообществами была бы совершенно невозможна без соответственного развития общественных чувств и в особенности, если бы известное коллективное чувство справедливости (начало нравственности) не развивалось и не обращалось в привычку. Если бы каждый индивидуум постоянно злоупотреблял своими личными преимуществами, а остальные не заступались бы за обиженного, никакая

Общественная жизнь не была бы возможна. Поэтому у всех общительных животных в большей или меньшей степени развивается чувство справедливости.

Мы располагаем очень большим количеством непосредственных наблюдений, говорящих о том согласии, которое господствует среди гнездующих сообществ птиц, в поселениях грызунов, в стадах травоядных и т. д., а с другой стороны, нам известны лишь весьма немногие общительные животные, которые постоянно ссорились бы между собою, как это делают крысы в наших погребах, или же моржи, которые дерутся из-за места на солнечном пригреве на занимаемом ими берегу. Общительность, таким образом, кладет предел физической борьбе и дает место для развития лучших нравственных чувств. Что же касается фактов о выражении сострадания животными к их раненым сотоварищам, то о них постоянно упоминается зоологами, изучавшими жизнь природы. Подобные факты — совершенно естественны. Сострадание необходимо развивается при общественной жизни. Но сострадание, в свою очередь, указывает на значительный общий прогресс в области умственных способностей и чувствительности.

Оно является первым шагом на пути к развитию высших нравственных чувств и становится могущественным фактором дальнейшей эволюции.

Если эти взгляды правильны, то естественно возникает вопрос: насколько они согласуются с теорией о борьбе за существование в том виде, как она была развита Дарвином, Уоллесом и их последователями? И я вкратце отвечу теперь на этот важный вопрос. Прежде всего, ни один натуралист не усомнится в том, что идея о борьбе за существование, проведенная через всю органическую природу, представляет величайшее обобщение нашего века. Жизнь есть борьба, и в этой борьбе выживают наиболее приспособленные. Но если ставить вопросы “каким оружием ведется главным образом эта борьба?” и “кто в этой борьбе оказывается наиболее приспособленным?”, то ответы на эти два вопроса будут совершенно различны, смотря по тому, какое значение будет придано двум различным сторонам этой борьбы: прямой борьбе за пищу и той борьбе, которую Дарвин назвал “метафорической”, т, е. борьбе, очень часто совместной, против неблагоприятных обстоятельств. Никто не станет отрицать, что в пределах каждого вида имеется некоторая степень состязания из-за пищи, хотя бы по временам.

Но вопрос заключается в том, доходит ли это состязание до пределов, допускаемых Дарвином, и играло ли оно в эволюции животного царства ту роль, которая ему приписывается?

Идея, которую Дарвин проводит через всю свою книгу о происхождении видов, есть, несомненно, идея о существовании настоящего состязания — борьбы в пределах каждой животной группы из-за пищи и возможности оставить после себя потомство. Он часто говорит об областях, переполненных животной жизнью до крайних пределов, и из такого переполнения он выводит неизбежность состязания, борьбы между обитателями. Но если мы станем искать в его книге действительных доказательств такого состязания, то мы должны признать, что достаточно убедительных доказательств — нет. Мы не найдем того обилия доказательств и примеров, которые привыкли находить во всякой работе Дарвина. В подтверждение борьбы между особями одного и того же вида не приводится ни одного примера: она принимается как аксиома.

Что же касается Уоллеса, приводящего в своем изложении дарвинизма те же самые факты, но под слегка видоизмененным заголовком (“Борьба за существование между близкородственными животными и растениями часто бывает наиболее сурова”), то он делает нижеследующее замечание, дающее вышеприведенным фактам совершенно иное освещение: “В некоторых случаях, несомненно, ведется действительная война между двумя видами, причем более сильный вид убивает более слабый; но это вовсе не является необходимостью, и могут быть случаи, когда виды, более слабые физически, могут одержать верх вследствие своей способности к более быстрому размножению, большей выносливости по отношению к враждебным климатическим условиям или большей хитрости, помогающей им избегать нападений со стороны их общих врагов”.

Таким образом, в подобных случаях то, что приписывается состязанию, борьбе, может быть вовсе не состязанием или борьбою. Один вид вымирает вовсе не потому, что другой вид истребил его или выморил, отнявши у него средства пропитания, а потому, что он не смог хорошо приспособиться к новым условиям, тогда как другому виду удалось это сделать. Выражение “борьба за существование”, стало быть, употребляется здесь опять-таки в переносном смысле и, может быть, другого смысла не имеет. Что же касается до действительного состязания из-за пищи между особями одного и того же вида, которое Дарвин поясняет в другом месте примером, взятым из жизни рогатого скота в Южной Америке во время засухи, то ценность этого примера значительно уменьшается тем, что он взят из жизни прирученных животных.

Бизоны при подобных обстоятельствах переселяются с целью избежать состязания из-за пищи. Как бы ни была сурова борьба между растениями, — а она вполне доказана, мы можем только повторить относительно ее замечание Уоллеса, что “растения живут там, где могут”, тогда, как животные в значительной мере имеют возможность сами выбирать себе местожительство. И мы снова себя спрашиваем: “До каких же размеров действительно существует состязание, борьба в пределах каждого животного вида? На чем основано это предположение?”.

То же самое замечание приходится мне сделать относительно того “косвенного” аргумента в пользу действительности сурового состязания и борьбы за существование в пределах каждого вида, который можно вывести из “истребления переходных разновидностей”, так часто упоминаемого Дарвином. Как известно, Дарвина долгое время смущало затруднение, которое он видел в отсутствие длинной цепи промежуточных форм между близкородственными видами, и известно, что он нашел разрешение этого затруднения в предположенном им истреблении этих промежуточных форм. Однако внимательное чтение различных глав, в которых Дарвин и Уоллес говорят об этом предмете, вскоре приводит к заключению, что слово “истребление”, употребляемое ими, вовсе не имеет в виду действительного истребления; то замечание, которое Дарвин сделал относительно смысла его выражения “борьба за существование”, очевидно, прилагается в равной мере и к слову “истребление”. Последнее никоим образом не может быть понимаемо в его прямом значении, но только в “метафорическом”, переносном смысле.

Каждый вид постоянно стремится к расширению своего местожительства, и переселения в новые местожительства являются общим правилом, как для быстролетающей птицы, так и для медлительной улитки. Затем в каждом данном пространстве земной поверхности постоянно совершаются физические изменения, и характерной чертой новых разновидностей среди животных, в громадном числе случаев, — пожалуй, в большинстве — бывает вовсе не появление новых приспособлений для выхватывания пищи изо рта сородичей. Как сам Уоллес показал в прекрасном параграфе “О расхождении характеров” (“Дарвинизм”, стр. 107), началом новой разновидности бывают образование новых привычек, передвижение в новые местожительства и переход к новым видам пищи. Во всех этих случаях не произойдет никакого истребления, даже будет отсутствовать борьба за пищу, так как новое приспособление послужит к облегчению соперничества, если последнее действительно существовало.

И, тем не менее, при этом тоже получится спустя некоторое время отсутствие переходных звеньев — как результат простого выживания тех, которые наилучше приспособлены к новым условиям. И совершится это так же, несомненно, как если бы происходило предполагаемое гипотезой истребление первоначальной формы. Едва ли нужно добавлять, что если мы вместе со Спенсером, вместе со всеми ламаркистами и с самим Дарвином допустим изменяющее влияние среды на живущие в ней виды, — а современная наука все более и более движется в этом направлении,— то окажется еще менее надобности в гипотезе истребления переходных форм.

Значение переселений и последующей изоляции групп, животных для появления и закрепления новых разновидностей, а, в конце концов, и новых видов, вполне было признано впоследствии самим Дарвином. Позднейшие же изыскания еще более подчеркнули важность этого фактора, и они указали также, каким образом обширность территории, занимаемой данным видом,— этой обширности Дарвин вполне основательно придавал большое значение для появления новых разновидностей — может быть соединена с изоляцией отдельных частей данного вида в силу местных геологических перемен или возникновения местных преград. Входить здесь в обсуждение всего этого обширного вопроса было бы невозможно, но несколько замечаний будет достаточно, чтобы пояснить соединенное действие таких влияний.

Известно, что части данного вида нередко переходят к новому роду пищи. Белки, например, если случится неурожай на шишки в лиственничных лесах, переходят в сосновые боры, и эта перемена пищи производит известные физиологические эффекты в организме этих белок. Если это изменение привычек будет непродолжительно, если в следующем же году будет опять изобилие шишек в темных лиственничных лесах, то никакой новой разновидности белок, очевидно, не образуется. Но если часть обширного пространства, занимаемого белками, начнет изменять свой физический характер — скажем, вследствие смягчения климата или высыхания, причем обе эти причины будут способствовать увеличению площади сосновых боров в ущерб лиственничным лесам,— и если некоторые другие условия будут содействовать тому, чтобы часть белок держалась на окраинах области, тогда получится новая разновидность, т. е. зарождающийся новый вид белок. Но появление этой разновидности не будет сопровождаться решительно ничем таким, что могло бы заслужить название истребления среди белок.

Каждый год несколько большая пропорция белок этой новой, лучше приспособленной разновидности будет выживать по сравнению с другими, и промежуточные звенья будут вымирать с течением времени, из года в год, вовсе, не будучи обрекаемы на голодную смерть своими мальтузианскими конкурентами. Именно подобные процессы и совершаются на наших глазах вследствие великих физических изменений, происходящих на обширных пространствах Центральной Азии из-за высыхания, которое идет там со времени ледникового периода.

Короче говоря, если мы вдумаемся в этот предмет и внимательно перечитаем то, что сам Дарвин писал о нем, мы увидим, что если уж употреблять слово “истребление” в связи с переходными разновидностями, то его следует употреблять в метафорическом, переносном смысле. Во всяком случае, отсутствие промежуточных форм не составляет аргумента в пользу интенсивной борьбы и состязания. В действительности главным аргументом для доказательства острого состязания из-за средств существования, соревнования, продолжающегося непрестанно в пределах каждого животного вида, является, по выражению проф. Геддса, “арифметический аргумент”, заимствованный у Мальтуса.

Но этот аргумент ничего подобного не доказывает. С таким же правом мы могли бы взять несколько сел в юго-восточной России, обитатели которых не терпели недостатка в пище, но вместе с тем никогда не имели никаких санитарных приспособлений. Заметивши, что за последние семьдесят или восемьдесят лет средняя рождаемость достигала у них 60-ти на 1000, а между тем население за это время нисколько не увеличилось, мы могли бы прийти к заключению, что между обитателями этих деревень идет чрезвычайно обостренная борьба за пищу. В действительности же окажется, что население не возрастает по той простой причине, что одна треть новорожденных умирает каждый год, не достигнув шестимесячного возраста, половина детей умирает в течение следующих четырех лет, и из каждой сотни родившихся только семнадцать достигают двадцатилетнего возраста. Таким образом, новые пришельцы в мир уходят из него раньше, чем достигают возраста, когда они могли бы стать конкурентами.

Очевидно, что если нечто подобное может происходить в людской среде, то тем более вероятно оно среди животных. И действительно, в мире пернатых уничтожение яиц идет в таких колоссальных размерах, что в начале лета яйца составляют главную пищу нескольких видов животных. То же — о бурях и наводнениях, истребляющих миллионы гнезд в Америке и в Азии, и о внезапных переменах погоды, от которых массами гибнут молодые особи у млекопитающих. Каждая буря, каждое наводнение, каждое посещение птичьего гнезда крысою, каждая внезапная перемена температуры уничтожают тех соперников, которые кажутся столь страшными в теории.

Значение в природе естественных препятствий к излишнему размножению и в особенности их отношение к гипотезе соревнования, по-видимому, никогда еще не принимались в расчет в должной мере. Об этих препятствиях, или, точнее, о некоторых из них, упоминается мимоходом, но до сих пор их воздействие не разбиралось в подробностях. Между тем, если сравнить действительное воздействие естественных причин на жизнь животных видов с возможным воздействием соперничества внутри вида, мы тотчас же должны признать, что последнее не выдерживает никакого сравнения с предыдущим.

Например, что касается птиц, то всем нам хорошо известно, как они страдают от внезапных перемен погоды. Метели поздней весной так же гибельны для птиц в диких местах Англии, как и в Сибири, и приходилось видеть красных тетеревов, доведенных до того исключительно суровыми зимними холодами, что они в больших количествах покидали дикие места.

С другой стороны, заразные болезни, которые посещают по временам большинство животных видов, уничтожают их в таких количествах, что потери часто не могут быть пополнены в течение многих лет даже среди наиболее быстро размножающихся животных. Так, например, в сороковых годах суслики внезапно исчезли в окрестностях Сарепты, в юго-восточной России, вследствие какой-то эпидемии, и в течение многих лет в этой местности нельзя было встретить ни одного суслика. Прошло много лет, раньше чем они размножились по - прежнему.

Подобных фактов, из которых каждый уменьшает значение, придаваемое соперничеству и борьбе внутри вида, можно было бы привести множество. Конечно, можно было бы ответить на них словами Дарвина, что тем не менее каждое органическое существо “в какой-нибудь период своей жизни, в продолжение какого-нибудь времени года, в каждом поколении или по временам, должно бороться за существование и претерпевать великое истребление” и что лишь наиболее приспособленные переживают подобные периоды тяжелой борьбы за существование. Но если бы эволюция животного мира была основана исключительно или даже преимущественно на переживании наиболее приспособленных в периоды бедствий, если бы естественный подбор был ограничен в своем воздействии периодами исключительной засухи, или внезапных перемен температуры, или наводнений, то регресс был бы общим правилом в животном мире.

Те, которые переживают голод или эпидемию холеры, оспы или дифтерита, свирепствующих в тех размерах, которые наблюдаются в нецивилизованных странах, вовсе не являются ни наиболее сильными, ни наиболее здоровыми, ни наиболее разумными. Ника-кой прогресс не мог бы основываться на подобных переживаниях. Все, что естественный подбор может сделать в периоды бедствий, сводится к сохранению особей, одаренных наибольшей выносливостью в перенесении всякого рода лишений. Такова и есть роль естественного подбора среди сибирских лошадей и рогатого скота. Они действительно отличаются выносливостью, они могут питаться в случае необходимости полярной березой, они могут противостоять холоду и голоду. Но зато сибирская лошадь может нести только половину того груза, который без напряжения несет европейская лошадь, и ни одна сибирская корова не дает половины того количества молока, которое дает джерсейская корова, и ни один туземец нецивилизованных стран не выдержит сравнения с европейцами.

Такой туземец может легче выносить голод и холод, но его физические силы гораздо ниже сил хорошо питающегося европейца, а его умственный прогресс совершается с отчаянной медленностью. “Зло не может порождать добра”,— как писал Чернышевский в замечательном очерке, посвященном дарвинизму (“Русская мысль”, № 9, 1888). “Происхождение теории благотворности борьбы за жизнь”.

К счастью, состязание не составляет общего правила ни для животного мира, ни для человечества. Оно ограничивается среди животных известными периодами, и естественный подбор находит лучшую почву для своей деятельности. Лучшие условия для прогрессивного подбора создаются устранением состязания, путем взаимной поддержки. В великой борьбе за существование — за наиболее возможную полноту и интенсивность жизни при наименьшей ненужной растрате энергии — естественный подбор постоянно выискивает пути именно с целью избежать, насколько возможно, состязания. Муравьи объединяются в гнезда и племена, они делают запасы, воспитывают для своих нужд “коров” — и таким образом избегают состязания, и естественный подбор выбирает из всех муравьев те виды, которые лучше умеют избегать внутреннего состязания с его неизбежными пагубными последствиями.

Большинство наших птиц медленно перекочевывает к югу по мере наступления зимы, или же они собираются бесчисленными сообществами, и предпринимают далекие путешествия, — и таким образом избегают состязания. Многие грызуны впадают в спячку, когда наступает время возможного состязания, а другие породы грызунов запасаются на зиму пищей и собираются вместе обширными поселениями, дабы иметь необходимую защиту во время работы. Олени, когда олений мох засыхает внутри материка, переселяются по направлению к морю. Буйволы пересекают огромные материки ради изобилия пищи. А колония бобров, когда они чересчур расплодятся на реке, разделяется на две части: старики уходят вниз по реке, а молодые идут вверх для того, чтобы избежать состязания.

А если, наконец, животные не могут ни впасть в спячку, ни переселиться, ни сделать запасов пищи, ни сами выращивать потребную пищу, как это делают муравьи, тогда они поступают как синицы (прекрасное описание см. у Уоллеса, “Дарвинизм”, гл. V), а именно: они переходят к новому роду пищи — и таким образом опять-таки избегают состязания.

“Избегайте состязания! Оно всегда вредно для вида, и у вас имеется множество средств избежать его!” Такова тенденция природы, не всегда ею вполне осуществляемая, но всегда ей присущая. Таков лозунг, доносящийся до нас из кустарников, лесов, рек, океанов. “А потому объединяйтесь, — практикуйте взаимную помощь! Она представляет самое верное средство для обеспечения наибольшей безопасности как для каждого в отдельности, так и для всех вместе; она является лучшей гарантией для существования и прогресса физического, умственного и нравственного”. Вот чему учит нас Природа, и этому голосу Природы вняли все те животные, которые достигли наивысшего положения в своих соответственных классах. Этому же велению Природы подчинился и человек — самый первобытный человек,— и лишь вследствие этого он достиг того положения, которое мы занимаем теперь.

В практике взаимной помощи, которую мы можем проследить до самых древнейших зачатков эволюции, мы, таким образом, находим положительное и несомненное происхождение наших этических представлений, и мы можем утверждать, что главную роль в этическом прогрессе человека играла взаимная помощь, а не взаимная борьба. В широком распространении принципа взаимной помощи даже и в настоящее время мы также видим лучший задаток еще более возвышенной дальнейшей эволюции человеческого рода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Размышления

Игра возможного

ЭССЕ О РАЗНООБРАЗИИ ЖИВОГО

Франсуа ЖАКОБ

Нельзя поверить в невозможное, сказала Алиса.

  • Просто у тебя мало опыта,— заметила Королева...
  • В иные дни я успевала поверить в десяток невозможностей до завтрака.

Льюис Кэрролл. Алиса в Зазеркалье

Глава I МИФ И НАУКА

Теории уходят. Лягушка остается.

Жан Ростан. Дневники биолога

Научные труды XVI в. по зоологии любили иллюстрировать великолепными гравюрами, изображавшими обитателей Земли. В таких книгах можно встретить подробные описания собак с рыбьими головами, людей на куриных ногах или змееволосых женщин. Каждый из нас когда-нибудь да воображал себе разных чудищ — так что фантазии минувших веков особенно не удивляют. Озадачивает иное — в сознании людей XVI века эти странные существа населяли не воображаемый, а реальный мир.

Стоит ли, однако, осмеивать эти нелепицы, ведь и наша научная фантастика недалеко ушла от них. Отвратительные создания, преследующие бедного астронавта на какой-нибудь далекой планете, соединяют в себе черты земных существ. Инопланетяне, прилетевшие к нам из глубин космоса, напоминают человека. Вот они выходят из своих летающих тарелок — позвоночные, прямоходящие, млекопитающие. Варьируются лишь рост и число глаз. Нередко головы у них намного крупнее человеческих, что указывает на большой объем мозга; некоторых украшает подобие антенн, что должно свидетельствовать об исключительно тонких органах чувств. Как ни удивительно, но фантасты полагают все это возможным. Спустя более ста лет после Дарвина они убеждены:

если где-либо во Вселенной и возникнет жизнь, то она будет развиваться по схожим с земными путям и появятся животные, подобные земным.

Эти выдумки интересны тем, что показывают, как культура обращается с понятием возможного и как определяет его границы. Бесконечно длятся споры о том, почему жизнь человеческих сообществ или отдельных людей сложилась именно так, а не иначе, и что могло быть, если бы... Хитросплетение веры, знания и воображения рисует нам вечно меняющуюся картину возможного. С этой картиной мы сопоставляем наши желания и страхи. С этим возможным мы сообразуем правила поведения и поступки. В некотором смысле многие виды человеческой деятельности — искусство, наука, техника, политика — лишь разные игры в возможное, каждая со своими собственными правилами.

Вопреки распространенному убеждению, в науке равно важны и результат исследования, и мысль как таковая. Ученые давным-давно отказались от идеи высшей и незыблемой истины, от описания точной картины действительности, которая якобы только и дожидается, чтобы ее наконец открыли взору. Они научились довольствоваться частным и временным. Такой подход нередко противоречит склонности рассудка требовать единства и взаимоувязанности принципов в представлениях об устройстве мира. Вновь и вновь противоречие между всеобщим и частным, вечным и временным вызывает споры. Одни отвергают навязываемое им всеохватное видение мира, другие не могут без него обойтись. Откажитесь от Откровения, сделайте жизнь и человека только объектами исследования — и увидите, сколь немногие вас поддержат.

Незыблемая уверенность в собственной правоте вредоносна, и нет ничего более опасного для людей, чем утверждение права на обладание истиной в последней инстанции. Все преступления в истории — следствие фанатизма. Любая резня начиналась с благих намерений, во имя истинной религии, оправданного национализма, верной политики, здоровой идеологии; короче говоря, во имя борьбы с Сатаной.

Ученых часто упрекают в холодности и объективизме, но разве рассуждать о делах человеческих можно только горячо и предвзято? Вовсе не сами научные идеи порождают страсти. Наоборот, страсти используют науку в своих интересах. Наука сама по себе не может привести к расизму и ненависти, тогда как именно ненависть побуждает иных прибегать к науке, чтобы ею оправдать расизм. Можно упрекнуть ученых за страстность, с которой они отстаивают свои идеи, но никогда еще геноцид не совершался ради торжества научной теории. В конце нынешнего века нужно примириться с тем, что ни одна система представлений не способна объяснить мир в целом и во всех частностях. Научный поиск развенчал идею незыблемости и вечности истины, и в этом, пожалуй, его немалая заслуга.

В некотором смысле миф и наука выполняют сходные функции. Они выстраивают представление о мире и силах, приводящих его в движение, и очерчивают сферу возможного. Науки в их современном виде возникли в конце эпохи Возрождения, когда западный человек преобразовывал свое отношение к окружающей действительности. Изо всех сил он старался как бы вновь сотворить мир, точнее соответствующий его ощущениям. Со времен эпохи Возрождения западное искусство приобретает совершенно особые черты. Открытие перспективы и световых эффектов дали живописи глубину и выразительность. Теперь живопись не символизировала, а изображала. От раннего Возрождения до барокко художники непрестанно совершенствовали выразительные средства, стараясь показать предмет как можно верней и убедительней. Пользуясь оптическими приемами, они создали новый мир, распахнутый во все три измерения. Между мадонной Чимабуэ, застывшей в пустоте символического пространства, и обнаженной девой Тициана, лежащей на постели, мы видим такую же пропасть, как между закрытым и ограниченным миром средневековья и — бесконечной Вселенной.

На эти изменения в области живописи повлияли и географические открытия, подтолкнувшие западного человека к обновлению представлений о Земле. Европа не только отказалась от символики в пользу живописного изображения. Хронику сменила история, молитву — действие, повествование — роман, одноголосие — полифония, миф оказался потеснен научной теорией. Однако несомненно, что именно структура иудео-христианского мифа сделала возможным появление современной науки. Ведь западная наука была основана на церковном учении об упорядоченной Вселенной, созданной Богом, хотя и остающимся вне природы, но управляющим ею в соответствии с законами, доступными человеческому разумению.

По всей вероятности, сам человеческий разум требует цельного и связного представления о мире. Недостаток цельности и связности вызывает беспокойство и тревогу. Следует признать, что в этих аспектах мифологическое объяснение оставляет далеко позади объяснение научное, поскольку наука не предлагает полного и окончательного объяснения мира. Она действует локально, подробно исследуя опытным путем явления, которые ей удается вычленить и определить. Она довольствуется частичными и предварительными объяснениями. Другие подходы, будь то магия, мифология, религия, напротив, в своих объяснениях охватывают все сразу. Они уверенно вторгаются в любую область. Они отвечают на любые вопросы. Они могут объяснить происхождение, нынешнее состояние мира и даже его становление. Можно отвергать способ объяснения, предлагаемый мифами или религией, но им не откажешь в единстве и связности, потому что без малейшего колебания они ответят на любой вопрос, разрешат любые трудности Простым и убедительным аргументом.

На первый взгляд, наука представляется менее амбициозной в вопросах, которые она перед собой ставит, и в ответах, которые она ищет. Действительно, современная наука берет начало с того момента, когда на смену вопросам всеобщего характера пришли вопросы частные. Вместо того чтобы спрашивать: “Как была создана Вселенная? Из чего состоит материя? В чем сущность жизни?” — стали интересоваться: “Как падает камень? Как течет вода по трубе? Как в теле происходит кровообращение?” Эта перемена имела замечательные последствия. Общие вопросы получали самые ограниченные ответы, тогда как ограниченные вопросы стали наводить на все более общие ответы. Так обстоит дело и сейчас. Рассуждать на темы, которые созрели для анализа; решать, когда исследовать заброшенную проблему; вновь обращаться к задачам, до сих пор считавшимся решенными или, наоборот, неразрешимыми,— вот важнейшие качества ученого. В значительной мере творческие способности измеряются способностью проявить их.

Зачастую молодой неопытный ученый, так же, как и дилетант, не умеет ограничиться узкой проблемой. И того, и другого манит то, что измеряется лишь вселенскими масштабами.

Научный метод неизбежно приводит к раздробленному представлению о мире. У каждой науки свой язык и свои способы исследования. Каждая изучает собственную область, которая не обязательно связана с соседними. Поэтому и научное знание состоит из отдельных островков. В истории науки важные прорывы довольно часто происходили именно там, где удавалось объединить некогда изолированные области. Так слились в статическую физику термодинамика и механика; оптика и электромагнетизм — в теорию электромагнитного поля Максвелла; химия и атомная физика — в квантовую механику. И все же, несмотря на обобщения, в научном знании еще есть зияющие разрывы, которые, видимо, просуществуют довольно долго.

Мифы и научные теории в попытках выполнить свое назначение и найти порядок в хаосе действуют по одному и тому же принципу. Видимый мир постоянно приходится объяснять невидимыми силами, сопрягая наблюдаемое и воображаемое. Можно воспринимать молнию как проявление гнева Зевса или как электростатическое явление. Можно видеть в причине болезни неблагосклонность судьбы, а можно — микробную инфекцию. Но в любом случае нельзя объяснять явление, не восприняв его как проявление какой-то скрытой причины.

Представление о мире, которое строит человек, будь оно мифическим или научным, сильно влияет на воображение. Вопреки тому, что принято думать, научный подход заключается не только в наблюдении, в накоплении экспериментальных данных, но и в стремлении создать теорию. Чтобы сделать наблюдение содержательным, нужно уже с самого начала представлять себе цель наблюдения. Следует заведомо знать, что возможно, что допустимо — и не столько благодаря новым приборам, сколько новому взгляду на вещи, способности взглянуть на них под другим углом зрения. По словам Питера Медовара, научное исследование начинается с изобретения возможного мира или фрагмента возможного мира.

Те же истоки у мифологической мысли. Но на этом она и останавливается. Выстроив не только лучший из миров, но и единственно возможный, она без труда вправляет действительность в установленные ею же рамки. Любой факт, любое событие интерпретируются как знак, поданный силами, управляющими миром, которые тем самым доказывают свое существование и свое значение. Для научной мысли, наоборот, воображение — лишь элемент игры. На каждом этапе эта мысль должна подвергнуть себя критике и проверке опытом, чтобы уменьшить долю фантазии в изображении мира, которое она представила. Наука допускает существование множества миров, но ей интересен только тот единственный, который есть на самом деле и существование которого давно доказано. В научном подходе постоянно противопоставлено то, что есть, тому, что могло бы быть. Он рисует картину мира, все более близкую к той, которую мы называем реальностью.

Мифы всегда помогали людям справляться с тревогой, вселяли веру в жизнь, хоть и полную превратностей, страданий, нищеты. То есть мифы предлагают свое видение мира, тесно связанное с повседневной жизнью и человеческими переживаниями. Кроме того, в каждой культуре миф, передаваемый из поколения в поколение, повторяемый в одной и той же форме, одними и теми же словами — это не просто история. Миф насыщен нравственным смыслом. Будучи носителем своего собственного значения, он содержит и собственные ценности. В мифе люди обретают закон, не затрудняя себя поисками его смысла. Если даже очень захотеть, нельзя найти нравственный императив ни в законе сохранения массы и энергии, ни в первоначальном бульоне эволюции.

Научный подход — это попытка освободить исследование и познание от любых эмоций. Человек науки словно изымает себя самого из мира, который пытается понять. Он стремится отступить на второй план, стать незаметным, занять позицию зрителя за кадром. Этой “военной хитростью” ученый надеется способствовать анализу реального мира, который его окружает. Объективный мир лишается таким образом духа радости, грусти, желаний и надежды. Короче говоря, этот мир полностью отчуждается от того, который нам знаком по ежедневному опыту. Вот подход, на котором основана вся система знаний западной науки начиная со времен Возрождения.

В естественных науках освобождение от антропоморфизма, от искушения приписывать различным сущностям человеческие качества, стоило напряженной борьбы. В частности, целесообразность, которая отличает человеческую деятельность, долгое время служила универсальной моделью для объяснения того, что в природе может показаться целенаправленным. У живых существ все — и их строение, и свойства, и поведение — наводит на мысль о соответствии какой-то цели. Заметим, что основным доказательством существования Бога долгое время был “аргумент замысла”. Этот аргумент развил Пэли в “Естественной теологии”, вышедшей всего за несколько лет до “Происхождения видов” Дарвина, и заключался он в следующем. Если вы видите часы, то у вас не возникает сомнений, что их сделал часовщик.

Точно так же, рассматривая мало-мальски сложный организм с очевидной целесообразностью всего его устройства, как не заключить, что он создан по воле Творца? Ведь было бы абсурдно полагать, говорит Пэли, что, например, глаз млекопитающего, с его тончайшей оптикой и геометрическим совершенством, мог возникнуть сам собой, в силу случайности.

При объяснении кажущейся целесообразности в мире живых существ есть два уровня — разных, но часто смешиваемых. Первый уровень соответствует отдельной особи. Большинство функций организма, а также его строение и поведение кажутся целесообразными. Возьмем, к примеру, различные стадии эмбрионального развития, дыхание, пищеварение, поиск пищи, спасение от преследователей, миграции и так далее. Такую предопределенность, проявляющуюся в каждом живом существе, не встретить в неодушевленном мире. Отсюда делаем вывод, как делали это многие годы,— о существовании особой субстанции, некоей витальной силы, которая не подчиняется физическим законам. Только в нашем веке исчезло противопоставление между механистической трактовкой деятельности живого существа, с одной стороны, и его функционирования и поведения, с другой. В частности, этот парадокс разрешился, когда молекулярная биология заимствовала у теории информации понятие “программы” для обеспечения имеющейся у живых существ генетической информации.

Второй уровень объяснения соответствует уже не единичному организму, а совокупному миру живых существ. Именно тут Дарвин опроверг идею особого акта творения, идею о том, будто каждый вид был отдельно задуман и сотворен неким создателем. Выступая против “аргумента замысла”, Дарвин показал, что комбинация некоторых простых факторов может имитировать предопределенный замысел. Нужно выполнить три условия: структуры должны быть вариантны; вариации должны быть наследуемы; воспроизводству некоторых вариантов должны благоприятствовать условия среды. Во времена Дарвина механизмы, лежащие в основе наследственности, были еще неизвестны. Позднее классическая генетика, а затем молекулярная биология обосновали генетические и биохимические предпосылки размножения и изменчивости. Шаг за шагом биологи выработали здравое, пусть пока и неполное представление о том, что принято считать одним из основных факторов эволюции живой природы: естественный отбор.

Естественный отбор действует не только как сито, не пропускающее неблагоприятные мутации, но и как фактор накопления благоприятных мутаций. Именно благодаря существованию отбора возникает направленность изменений, поступательно появляются все более сложные структуры, новые виды. Дарвиновская концепция подводит к заключению: сегодняшний мир живых существ, который мы видим вокруг себя,— лишь один из множества возможных. Особенности его строения связаны с историей Земли. Он, несомненно, мог быть и другим. Его даже вообще могло не быть!

Противопоставление концепции сотворения и эволюционистской идеи на основе отбора может служить примером для иллюстрации полемики о том, что Джошуа Ледерберг назвал механизмами отбора и дидактическими механизмами. Дарвиновская модель — это модель эволюции с отбором; теистическая модель — в некотором роде дидактическая, поскольку Творец действует как скульптор, придающий материалу ту форму, которая ему нужна (или, другой вариант, как программист, который пишет программу и предписывает компьютеру последовательность действий). Любая мифология использует такую систему обучения и творчества, которой присущи дидактические и антропоморфные черты. Нам важно, что Дарвин объяснил действием отбора то, что на первый взгляд кажется относящимся к дидактической системе.

Противоречие между идеей отбора и дидактикой, обучением, простирается на все области биологии. Самый известный аспект этого противоречия связан с проблемой наследования приобретенных признаков, конкретно — с идеей, что живые существа могут получать из окружающей среды информацию, которая затем становится наследственной, то есть передается от поколения к поколению. Согласно этой ламаркистской точке зрения на наследственность, генетическая память, так же, как и нервная, вырабатывается при обучении. Заметим, что эта идея Ламарка содержится еще в Библии — вспомните замечательный опыт Иакова. Чтобы отличать своих овец от овец тестя, Иаков завел стадо, состоящее из овец с пятнами и крапинами. Он брал ветви тополя и вырезал в их коре белые полосы, а затем клал ветви у водопоя, где животные совокуплялись. “И зачинал скот пред прутьями, и рождался скот пестрый, и с крапинами, и с пятнами” (Бытие, 30). Эксперименты такого рода повторяли веками, но никогда никто не достигал столь блистательного успеха.

Вплоть до XIX в. такая природа наследственности даже не ставилась под сомнение. И только в начале нашего столетия теория наследования приобретенных признаков была отвергнута, поскольку она противоречила полученным знаниям о свойствах генов и характере мутаций. С тех пор всякий раз, когда эксперимент тщательно готовили и строго ставили с целью укрепить теорию Ламарка, результат снова и снова доказывал ее ложность.

Наследование приобретенных признаков — излюбленное поле деятельности для тех, кто хочет навязать свою волю действительности. Это ясно показало дело Лысенко, а также ряд фальсификаций, самая известная из которых подробно описана в романе Артура Кестлера “Поцелуй жабы”. Правила игры в науке запрещают жульничество. Нельзя мошенничать ни с идеями, ни с фактами. Это обязательство в равной степени и логическое и моральное. Шулер просто не достигнет цели, сам себе обеспечивая поражение. Он самоубийца. Обман в науке — вещь одновременно неожиданная и интересная. Неожиданная — потому что в серьезных вопросах рассчитывать, что мошенничество может долго оставаться незамеченным,— ребячество; в этом случае нужно, чтобы обманщик сам твердо верил не только в возможность, но и в реальность результата, который он демонстрирует в своей нечестной игре.

Интересная — потому что обманы исходят из вольной подтасовки фактов, подмены действительного чем-то, представляющим лишь легкое отклонение, порой неосознанное, от нормального отношения к науке. Обманы в мире ученых — предмет для психологических и идеологических исследований, то есть они могут помочь обнаружить и понять некоторые предвзятые идеи, которые в данный момент сдерживают развитие знаний. В этом смысле мошенничество неотторжимо от истории науки.

На гипотезы “воспитания” наследственных признаков также ссылались в попытках объяснить специфические свойства некоторых белков. Например, многие бактерии могут потреблять разнообразные сахара. Однако часто они проявляют энзимную активность при расщеплении конкретного вида сахара только в случае, если их выращивали в среде, содержащей именно этот сахар. Долгое время полагали, что сахар передает информацию бактерии, что он, так сказать, учит белок, какую форму ему нужно принять, чтобы обрести эту особую энзимную активность. Но когда бактерии стали доступны генетическому анализу, то данное объяснение оказалось ложным. Сахар действует просто как сигнал для запуска синтеза белка, то есть процессов, регулируемых до конца генами. В генетическом репертуаре идет поиск, после чего активизируется ген, кодирующий этот белок. Строение и деятельность белка остаются совершенно независимы от сахара. Механизм полностью объясняется теорией естественного отбора.

Сходная история произошла и при изучении антител. Эти белковые молекулы вырабатываются в ответ на введение антигена, то есть той молекулярной структуры, которую организм распознает как чужеродную. На вторжение антигена организм отвечает синтезом соответствующего антитела. Млекопитающие могут производить от десяти до ста миллионов различных типов антител, каждое из которых способно распознать лишь определенную молекулярную структуру-антиген, ни разу не столкнувшись с ним раньше. Ясно, что такого невероятного числа генов для кодирования всех возможных антител в хромосомах быть не может. Именно поэтому иммунная система долгое время оставалась заветным полем для дидактических гипотез. Утверждали, что антитело получает от антигена информацию о его строении и о способе прикрепиться к нему. Однако сегодня нам известно, что иммунная система работает гораздо сложнее.

Каким бы своеобразным ни оказался антиген, иммунная реакция организма запрограммирована в той генетической информации, которая уже содержится в лимфоидных клетках. Воспитание антитела с помощью молекулярной структуры антигена — блеф. Антитела производятся не по Ламарку, а по Дарвину. Действует не воспитание, а селекция.

Остается одна область, где противоборство воспитания и отбора еще не завершено:

это нервная система. Мы пока очень мало знаем о том, как возникают межнейронные связи (синапсы) во время эмбрионального развития. Мало известно о роли, прямой или косвенной, которую играют гены в передаче нервных сигналов, а также о приобретении навыков. Число синапсов, образующихся в нервной системе млекопитающего, огромно. Представляется невероятным, чтобы зародыш имел отдельный ген для каждого синапса. Все это заставляет думать, что есть механизмы негенетической природы, достаточно гибкие, чтобы устанавливать нейронные связи. Мозг по определению — поле деятельности для обучения.

Те, кто занимаются нервной системой, на теории естественного отбора смотрят косо, ибо без ответа остается такое их возражение: “Не может же “Мизантроп” быть заранее записан в голове ребенка, который его изучает!” Конечно речь здесь идет не о словах или мыслях, а о синапсах. В последние несколько десятилетий принято полагать, что избыточное число синапсов может возникнуть в процессе эмбрионального развития. В таком случае обучению соответствует отбор определенных синапсов и их составление в функциональные цепи. Неиспользуемые синапсы исчезают.

Вначале эволюционная теория основывалась на данных морфологии, эмбриологии и палеонтологии. В нынешнем веке она была поддержана результатами, полученными генетикой, биохимией и молекулярной биологией. Вся информация, почерпнутая из этих дисциплин, составляет единое целое, которое часто называют современным дарвинизмом. Следы эволюции обнаруживают сегодня в каждой клетке, в каждой молекуле нашего тела. Стало практически невозможно объяснить огромную сумму фактов, накопленных с начала нашего века, без теории, близкой к современному дарвинизму. Вероятность того, что эта теория во всей ее целостности будет когда-нибудь опровергнута, теперь близка к нулю.

И все же мы далеки от того, чтобы выдвигать окончательные версии, в частности относительно конкретных механизмов эволюции. Генетика рассматривает организмы на двух разных уровнях. Первый — это видимые признаки: формы, функции, поведение, короче говоря, то, что называют фенотипом. Второй уровень — это скрытые структуры, гены, то есть то, что называют генотипом. Эти два мира очень отличаются один от другого.

На первом уровне речь идет о том, чтобы описать существующие организмы; на втором — о том, чтобы объяснить их свойства в терминах возможных генетических структур. И хотя гены управляют признаками, связь между этими двумя мирами пока никем в достаточной мере не уточнена. Только в некоторых системах, как, например, в группах крови или ферментативной недостаточности, удалось установить корреляцию между данным геном и его производным, то есть между генотипом и фенотипом. В большинстве случаев ситуация гораздо сложнее. Один и тот же ген участвует порой в формировании нескольких признаков, а один и тот же признак диктуется несколькими генами, которые невозможно идентифицировать. Кроме того, мы еще далеки от понимания всех процессов, на которых зиждется эволюция.

Аргументу божественного промысла Дарвин противопоставил приспособляемость. Это понятие — центральное во всяком представлении о мире живых существ, основанном на эволюционистском подходе. Оно неразрывно связано с теориями происхождения жизни. Жизни позволено было зародиться из “первобытного бульона”, продукта химической эволюции. Какой-то молекулярный комплекс должен был использовать некоторые составляющие этого органического раствора, чтобы размножиться. Однако такое воспроизводство не могло быть точным. Оно оставляло большие возможности для вариаций. Тогда и вступил в действие естественный отбор. Первичные организмы последовательно улучшали особенности своего размножения и развивались в разных направлениях. Одна ветвь, которую мы называем растениями, сумела прокормить себя, используя для этого солнечный свет. Другая ветвь, которую мы называем животными, стала использовать биохимические ресурсы растений, поедая их или других животных, питающихся растениями.

Обе ветви без конца изменяли образ жизни, приспосабливаясь к бесконечным изменениям внешней среды. Появились подветви, потом — подподветви, каждая из которых способна существовать в разных условиях: в океане, на земле, в воздухе, в приполярных областях, в горячих источниках, паразитируя на других организмах и так далее. И вот от этого последовательного ветвления за миллиарды лет образовались те различия и приспособления, которые столь интересны нам в мире живого.

В понимании естественного отбора доминировали эволюционные представления последних пятидесяти лет. Лишь недавно ее подвергли критике те генетики, которые занимаются популяциями. Популяционная генетика не допускает того, чтобы каждый организм наилучшим образом и в мельчайших деталях формировался благодаря естественному отбору. Как заметил Дж. С. Вильямс, адаптация — приспособление с помощью отбора — слишком обременительна, и лучше применять ее лишь по необходимости. Если же пользоваться ею без ограничений, то мы в конце концов увидим в живом то самое совершенство, которое раньше приписывали божественному промыслу. Исследуя организм в дискретном плане, то есть по отдельным структурам, из которых каждая выполняет в лучшем случае одну функцию, можно придти к воссозданию того, что С. Гульд и Р. Левонтин назвали “Вселенной по Панглоссу”.

Узнав, что сильнейшее землетрясение в Лиссабоне унесло около пятидесяти тысяч жизней, вольтеровский доктор Панглосс растолковал своему ученику Кандиду: “Это наилучшее из возможного, потому что, если вулкан находится в Лиссабоне, то он и не может быть в другом месте; невозможно, чтоб вещи были не там, где должны быть, ибо все хорошо”.

Адаптацию, конечно, нельзя признать самой необходимой составляющей эволюции. Для эволюционирования популяции достаточно, чтобы общий генетический фонд менялся или резко, или постепенно в цепи поколений. Такое статистическое варьирование генов в процессе выживания не обязательно явится предпосылкой адаптации — оно может просто отражать результат игры случайности на каком-то этапе воспроизводства. Но, по всей вероятности, одна лишь случайность тоже не объясняет, почему наземные животные имеют лапы, птицы — крылья, рыбы — плавники. Наряду с естественным отбором нам известен сегодня ряд других эволюционно значимых факторов. Многие из них соперничают с идеей примата естественного отбора. Задача состоит в оценке значения этих процессов в эволюции.

Целый ряд обстоятельств ограничивает возможности изменения структур и функций организма. Особенно важными видятся условия, продиктованные общим планом развития. В детстве я часто задавался вопросом, почему у человека не два рта: один, обладающий вкусовыми ощущениями и отведенный для поглощения приятной пищи, а другой — лишенный вкуса, для поедания всякой дряни; или почему у человека есть волосы, а не хлорофилловое покрытие, которое позволило бы ему не затрачивать столько сил на поиски пропитания. Ответ прост. Такие особенности, может, и сделали бы жизнь более удобной и легкой, но наши тела устроены в общем так же, как и тела наших позвоночных предков, а у них был всего один рот — и никакого хлорофилла. С живыми существами не все возможно.

Сегодня уже ясно, что Вселенная во всем ее многообразии необъяснима при помощи единой формулы или единой теории. Однако человеческий мозг всячески стремится к единству идей, их связности, отчего над всякой мало-мальски значимой теорией нависает угроза неуместного ее приложения и соскальзывания к мифу. Теория должна обладать достаточной мощью, чтобы объяснять различные явления, и достаточной гибкостью, чтобы быть применимой в изменяющихся условиях. Однако излишняя гибкость грозит ослабить мощь, поскольку теория, объясняющая слишком много, в конечном счете ничего не объясняет. Будучи применена без ограничений, она лишается полезности и становится пустым звуком. Фанатики и вульгаризаторы никогда не ощущают той хрупкой грани, которая отделяет эвристическую теорию от бесплодных верований, приложимых ко всем возможным мирам, кроме единственного — настоящего.

Такая мощная теория, как теория Дарвина, не смогла избежать злоупотреблений ее выводами. В свете успеха идеи естественного отбора как фактора эволюции живой материи возникало искушение обобщить данные, перекроить их так, чтобы соорудить универсальную модель истолкования любых изменений, происходящих в мире. Ничтоже сумняшеся применяли принципы теории отбора, чтобы описывать любой тип эволюции: космический, химический, культурный, идеологический, общественный и так далее. Однако такие попытки были обречены с самого начала. Естественный отбор представляет собой итог воздействия особенных условий, выпавших на долю каждого живого существа. Иначе говоря, это слаженный механизм, срабатывающий на каждом частном уровне всеобщности. Каждому уровню присущи свои правила игры. Для каждого уровня нужно находить новые принципы исследования.

Теория эволюции обладает особым статусом среди научных теорий не только потому, что в некоторых случаях ее нельзя экспериментально проверить, что оправдывает различные ее интерпретации, но и потому еще, что она учитывает происхождение живой материи, ее историю, ее современное состояние. В этом смысле теория эволюции воспринимается как миф, то есть как история, повествующая о происхождении и объясняющая таким образом всю живую материю и то место, которое в ней занимает человек. Как мы уже видели, эта потребность в мифах, в том числе космологических, кажется общей чертой, присущей любой культуре и любому обществу. Вероятно, эти мифы сплачивают отдельные группы людей верой в единое происхождение и единый исход. Похоже, что эта же вера позволяет группе отличать себя от других и определять свою особость. Попытки рассматривать человеческую эволюцию с позиции противопоставления “цивилизованных” и “примитивных” народностей разбиваются о единство человечества во многих качественных признаках.

Теория эволюции не может сыграть такую роль — кроме случая, когда люди вдруг захотели бы подтвердить свое отличие от марсиан! Миф так же несет в себе возможность единого толкования, которое придает человеческой жизни смысл и устанавливает нравственные ценности. Пока же нет признаков того, что теория эволюции могла бы справиться с этой задачей, несмотря на многочисленные попытки.

Во Вселенной, созданной Богом, мир и его обитатели были такими, какими они должны были быть. Иначе говоря, природа зиждилась на нравственности. С появлением теории эволюции возникло искушение перевернуть ситуацию и произвести нравственность из природы. Таким образом, с момента зарождения дарвинизма в него закралась идеология. С самого начала теорию эволюции путем естественного отбора использовали для обоснования различных учений, даже далеких от канонического. Поскольку природные процессы лишены какой бы то ни было нравственной ценности, можно было рядить их в белое или черное и объявлять их соответствующими любому утверждению. Для Маркса и Энгельса эволюция видов соответствовала в смысловом отношении истории формаций. Буржуазным идеологам и колониалистам дарвинизм служил научным прикрытием для оправдания социального неравенства и различных форм расизма. С середины XIX века мы наблюдаем повторяющиеся попытки (из них социобиология — самая недавняя) вывести мораль из этолого - эволюционистских обоснований.

Фактически, умение разработать нравственный кодекс можно рассматривать как одну из присущих человеку черт. На это умение должны влиять силы отбора.

В этом смысле биологи должны объяснить, как люди в ходе эволюции достигли способности обладать нравственными убеждениями. Однако это ничего не прибавляет к содержанию самих убеждений. Можно ли утверждать, что естественное — хорошо? Даже если бы и существовали различия между двумя полами в темпераменте и в способности к познанию, то не было бы ни “хорошо”, ни “верно” отказать женщинам в правах и лишить их достойного положения в обществе. Было бы одинаково неразумно отыскивать в эволюции объяснение как нравственных устоев, так и поэзии с математикой.

Итак, желание соединить этику с естественными науками приведет лишь к путанице, тогда как Кант видел здесь две отличные друг от друга категории. Подобная “биологизация”, если так можно выразиться, с идеологической точки зрения выявляет сциентизм, убеждение в том, что методы и концепции данной науки смогут однажды объяснить человеческую деятельность во всех ее мельчайших проявлениях.

Все споры приводят к постановке серьезных вопросов, как-то: могут ли биологи выработать теорию эволюции, по-настоящему свободную от идеологических предрассудков? Можно ли определять шкалу ценностей для общества, не прибегая к потусторонней силе — Богу или Истории, которых человек создал для того, чтобы навязать их самому себе?

 

II ПОДЕЛКИ ЭВОЛЮЦИИ

Пока еще кровь... лучшее, что может течь в наших жилах.

Вуди Аллен. Сведение счетов

В 1543 году вышло в свет сочинение Коперника, и Солнце перестало вращаться вокруг Земли. Тогда же появился другой замечательный новаторский труд — книга Везалия “О строении человеческого тела”. Тема была не нова, однако необычным стал принцип подачи материала. Везалий отказался от пространных рассуждений, повторявшихся поколениями ученых. Он преподнес медицинские знания в виде гравюр, отмеченных высоким художественным мастерством. Перед нами предстают все новые и новые детали строения тела, последовательно открываемые скальпелем. Это не просто анатомические этюды, какие можно встретить у Дюрера, у Микеланджело и особенно у Леонардо да Винчи. Это целостное человеческое тело в самой обыденной обстановке и в привычных положениях. По благородству и точности изображения гравюры Везалия намного превосходят все, что было создано ранее.

На одной из них, к примеру,— изображенный в профиль скелет. Он стоит, слегка ссутулясь и небрежно опираясь на стол, на фоне пейзажа, типичного для эпохи Возрождения: дворцы, старые развалины и холмы, поросшие небольшими деревцами,— эти детали задают перспективу. Мягкий свет падает сбоку и отбрасывает тени на череп и позвонки, отчего каждая кость выглядит особенно выпукло и четко. Поза несколько расслаблена, но непринужденность сочетается в ней с сосредоточенностью. Больше всего притягивает внимание “лицо”, обращенное пустыми глазницами к тому, что покоится на правой руке скелета — другому черепу. Это придает гравюре необыкновенную выразительность: скелет как бы внимательно всматривается в чужое лицо, будто хочет изучить себя самого.

Прежде, до Везалия, на барельефах и картинах скелеты в пляске смерти символизировали бренность земного существования, напоминая, что перед лицом смерти все равны. Они выносили приговор земной жизни и возводили стену между нею и загробным миром. Гравюры Везалия говорят совсем о другом. Множество изображений скелетов позволяют рассмотреть остов нашего тела спереди, сзади и в профиль. Это — структура, к которой крепятся мускулы и на которую действуют все те силы, что приводят систему в движение и позволяют выполнять любую работу. Несмотря на пустоту глазниц, “лица” на гравюрах Везалия не выражают страха смерти — в них, напротив, жизнь, деятельное начало.

О многом могут поведать эти фигуры, стоящие в самых обыденных позах. У первых отсутствуют кожные покровы и показана сеть поверхностных кровеносных сосудов. На следующих гравюрах слой за слоем удаляются мышцы. Рассекая очередную мышцу, ее отворачивают, обнажая то, что таилось под ней. Так тело постепенно перестает быть непроницаемым для глаза. Каждый новый надрез обнажает новые формы, открывая симметрию линий. Шаг за шагом скрытое в глубине выступает на поверхность, и тело можно рассмотреть до мельчайших подробностей. Однако, по мере того как оно освобождается от плоти, как исчезают мышцы и связки, оно постепенно теряет стать и достоинство. Медленно оседая от страницы к странице, оно становится похожим на куклу, прислоненную к стене. Наконец, остается лишь голый остов, которому мешает упасть лишь висельная петля. То, что поведали фигуры из книги Везалия, в наши дни хорошо известно, но в XVI веке это было непривычно и ново. Человек сделал себя объектом научного исследования, разъяв собственный труп. Чтобы изучить свое тело, ему пришлось сперва его разрушить.

Однако в эпоху позднего Возрождения анатомия по-прежнему оставалась закрытой наукой, не связанной с другими областями знания. И только позже, в XVII—XVIII веках, в основание знаний о живых существах и об их строении легло изучение связи между строением и функциями в физиологии Гарвея; связи между строением организма и болезнью в патанатомии Морганьи;

между структурами различных организмов — в сравнительной анатомии. Только такое сравнение форм и структур позволило позднее развиться эволюционной теории. Конечно, рождение анатомии как науки интересно не только потому, что оно состоялось в столь блистательную эпоху. В каком-то смысле развитие современной биологии разворачивается сходным образом. Уже около трех десятилетий принято считать, что свойства живых существ определяются свойствами и взаимодействием молекул, из которых они состоят. Однако понадобятся десятилетия, а может, и века, чтобы мало-мальски уяснить, как эта молекула возникла в организме, чтобы выполнять свои функции.

Устройство материи подчиняется иерархии, где структуры последовательно входят одна в другую. Все живое и все неживое на Земле всегда организовано в определенные системы. Те, что рангом ниже, могут входить как составные элементы в другие, более высокоорганизованные системы, но могут и не входить. Например, молекулы состоят из атомов, но те молекулы, что мы обнаруживаем в природе или получаем в лабораторных условиях,— это ничтожная часть всего разнообразия возможных взаимодействий атомов. С другой стороны, молекулы могут обладать такими особыми свойствами, не присущими атомам, как, например, полимеризация или рацемизация (то есть существование левых и правых изомеров). На один уровень выше стоят клетки, которые состоят из молекул. В живых тканях встречаются лишь немногие из всех молекул, известных в химии. В отличие от молекул клетки способны делиться. Еще выше в иерархии структур стоят живые организмы, построенные из клеток.

На Земле насчитывается несколько миллионов видов животных, но это существенно меньше потенциально возможного. У всех позвоночных довольно ограниченное число типов клеток: нервные, мышечные, железистые,— всего порядка двухсот типов. Разнообразие позвоночным придает огромное число самих клеток, а также разные пропорции в распределении этих клеток у разных видов.

Таким образом, иерархия степеней сложности явлений природы имеет две важные черты. Во-первых, на всяком уровне возникает лишь одна форма из всего обилия возможных сочетаний элементов. Во-вторых, на каждом уровне могут появляться новые особенности, накладывающие ограничения на систему, и этих ограничений становится все больше. Те, которые накладываются на данном уровне сложности, распространяются и на высшие уровни. Однако чаще всего суждения, которые очень важны на одном уровне, не так важны на более высоких. Закон идеального газа равно выполняется как в физике, так и в биологии,— просто для решения вопросов, которыми заняты биологи, этот закон ничего не значит.

Любые сложные объекты — как живые, так и неживые,— продукт эволюционных процессов, в которые вмешиваются два фактора. Во-первых, это ограничения, которые задают правила игры на любом уровне и очерчивают границы возможного; во-вторых, это обстоятельства, которые управляют ходом событий и взаимодействием систем, когда есть выбор. На каждом уровне оба эти фактора оказывают свое влияние: один большее, другой — меньшее. Самые простые объекты больше подвержены законам, чем истории, но по мере усложнения систем влияние ее растет. Историю надо брать в расчет даже в физике, ибо и сама Вселенная, и все части, ее составляющие, имеют свою историю. Согласно принятым в настоящее время теориям, тяжелые ядра состоят из легких, то есть в конечном счете из ядер водорода и нейтронов. Тяжелый водород преобразуется в гелий в ходе сложной реакции ядерного синтеза — этого основного источника энергии Солнца, а также взрыва водородной бомбы. Таким образом, гелий и все тяжелые элементы — результат космической эволюции.

Ученые считают, что все тяжелые элементы образовались в результате взрыва сверх новых звезд. По всей видимости, тяжелые элементы очень редки в природе, значит, Земля и остальные планеты

Солнечной системы состоят из редких материалов и сформировались в условиях, весьма редких для Вселенной.

История играет важную роль в биологии. И так как только ограничения, но не историю, можно формализовать, то у биологии как науки другой статус, нежели у физики. Доказательство в биологии имеет двоякий характер, и при изучении любой биологической системы на любом уровне ее сложности исследователь может ставить два вида вопросов: “Как устроена система?” и “Как она образовалась?” Экспериментальная биология последние сто лет сосредоточивается в основном на первом вопросе, то есть на изучении существующих взаимодействий. В центре ее внимания — изучение механизмов. Она дала ответ на некоторые вопросы в терминах физиологии, биохимии и молекулярной биологии. Но второй вопрос, касающийся эволюции, пожалуй, важнее и глубже, ибо он охватывает также и первый. Однако часто вместо ответов на него мы имеем более или менее удовлетворительные предположения. Современная эволюционная теория предложила и обосновала правила игры, по которым эволюция пишет свою историю.

В основу этих правил положены два ограничения, два обязательных условия, довлеющих над всем живым: необходимость продолжать свой род и законы термодинамики. Однако для понимания некоторых аспектов структуры и функционирования живых существ могут иметь важное значение не только правила, но порой и детали исторического процесса. Ведь всякий живой организм представляет собой последнее звено в цепи, которая уже около трех миллиардов лет не прерывалась. Живые существа — действительно исторические структуры, они поистине созданы историей.

Часто то, как действует естественный отбор, сравнивают с работой инженера — это не очень удачное сравнение. Во-первых, потому что в противоположность эволюции инженер действует в соответствии с планом, по проекту, который он долго вынашивал. Во-вторых, потому что инженер не обязательно использует старые составные части, разрабатывая новые структуры. Электрическая лампочка не происходит от свечи, а реактор — от двигателя внутреннего сгорания. Чтобы изобрести новое, инженер располагает и материалами, разработанными специально для этой цели, и инструментами, придуманными исключительно для нее. Наконец, в-третьих, потому что придуманное инженером, по крайней мере хорошим, достигает той степени совершенства, которая соответствует уровню современной технологии.

Эволюция, наоборот, далека от совершенства, как неустанно повторял Дарвин, которому приходилось постоянно оспаривать идею совершенного творения. В своем труде “О происхождении видов” Дарвин неустанно повторяет, что структуры и функционирование всего живого несовершенны. Он неоднократно приводит примеры странностей и удивительных решений, которых никогда бы не принял мудрый Бог. Один из самых убедительных аргументов против совершенства — это вымирание видов животных, ныне населяющих планету, в данный момент должно быть порядка нескольких миллионов. Видов же, которые некогда жили на ней, а затем вымерли, было, по подсчетам Симпсона, по крайней мере около пятисот миллионов.

Эволюция не берет новшеств из ничего. Она использует то, что уже под рукой, то приспосабливая старую систему для новых функций, то нагромождая несколько систем, чтобы составить другую, более сложную. Процесс эволюции не похож ни на один из типов поведения человека. Но если уж искать сравнения, то надо сказать, что естественный отбор действует не как инженер, а как человек, занимающийся поделками;

последний не знает еще, что у него выйдет. Он использует самые разные вещи, которые попадутся ему под руку: куски веревки, дощечки, старую картонку,— все, что может послужить материалом; короче говоря, он использует все, что найдет вокруг себя, чтобы сделать из этого что-нибудь, что может ему пригодиться. Инженер не приступает к работе, пока не достанет всех материалов и инструментов, которые нужны конкретно для данного замысла. Любитель поделок, напротив, воспользуется тем хламом, что валяется поблизости. Как подчеркивает Леви - Стросс, выбор орудий, которыми пользуется любитель, не может быть определен какой бы то ни было программой, в отличие от орудий инженера. Материалы, которыми он пользуется, не имеют конкретного назначения, каждый может служить самым разным целям.

Процесс творения в ходе эволюции во многом происходит подобным же образом. Часто без далеко идущих планов умелец берет что-нибудь из своего большого ящика и находит неожиданное применение. Из старого колеса он мастерит вентилятор, из сломанного стола — навес от солнца. Такой образ действий ничуть не отличается от того, который присущ эволюции, когда она превращает лапу в крыло, а часть челюсти — в часть уха. Этот факт уже отмечался Дарвином в книге, которую он посвятил оплодотворению у орхидей, как нам напоминает Майкл Гайзлин. По Дарвину, новые структуры возникают из ранее существовавших органов, которые прежде служили определенным целям, но потом постепенно приспособились для выполнения других функций. У орхидей, например, существовал особый клей, который первоначально удерживал пыльцу на рыльце пестика. После небольшой модификации он уже приклеивал пыльцу на тела насекомых, которые могли обеспечить перекрестное опыление.

Аналогичным образом многие структуры, не имеющие на первый взгляд ни значения, ни функции и похожие, по словам Дарвина, “на осколки бесполезной анатомии”, могут быть легко объяснены как развалины каких-то давно утраченных функций.

Эволюция действует как самодельщик, который миллионы и миллионы лет медленно переделывал свой труд, не бросая его ни на миг, вновь и вновь переделывая там и тут, где-то укорачивая, где-то удлиняя, хватаясь за любую возможность подправить, изменить, сотворить. Вот, например, как, по Эрнсту Мэйру, сформировалось легкое у наземных позвоночных. Оно начало развиваться у некоторых пресноводных рыб, которые жили в прудах с застойной водой, бедных кислородом. Рыбы привыкли заглатывать воздух и поглощать кислород через стенку пищевода. В таких условиях любое увеличение этой стенки оборачивалось преимуществом при отборе. Образовались ответвления пищевода — дивертикулы, которые под давлением продолжающегося естественного отбора постепенно увеличивались в размерах, чтобы затем преобразоваться в легкие. Дальнейшая эволюция легких шла по тому же пути: это увеличение поверхности, используемой для поступления кислорода через сеть кровеносных сосудов. Природа постепенно делает один орган из другого.

Разные инженеры, штурмующие одну проблему, имеют все шансы прийти к одному итогу: кареты, как и фотоаппараты, и авторучки, похожи друг на друга. Напротив, разные мастера поделок, интересующиеся одной задачей, найдут различные решения в зависимости от представившихся возможностей. То же можно сказать и о результатах эволюции на примере разнообразия глаз в животном мире. Очевидно, что светочувствительные клетки дают огромные преимущества во многих ситуациях. В ходе эволюции глаза возникали в самых разных формах, в основе каждой из них по крайней мере три разных физических принципа: линза, камера обскура и фасетка. Самые чувствительные из всех — это глаза типа наших, с линзой, создающей изображение. Они дают информацию не только об интенсивности света, но и предметах, от которых отражен свет: об их форме, цвете, расположении, движении, их скорости и так далее. Столь развитые структуры непременно должны быть очень сложными, и развиваться они могут только у организмов, которые уже сами по себе сложны.

Можно было бы подумать, что лишь одним способом подобная структура могла сформироваться. Ничего подобного! Глаз, снабженный линзой, появляется по меньшей мере дважды: у моллюсков и у позвоночных. Ничей глаз так не похож на наш, как глаз улитки. И тот и другой работают почти одинаково. Однако эволюция здесь проходила разными путями. У моллюсков фоторецепторы направлены к свету, а у позвоночных — в обратную сторону. Среди различных технических решений, касающихся фоторецепторов, эти два — хотя и не идентичные, но сходные. В каждом случае эволюция создает то, что может из подручных средств.

Таким образом, в противоположность инженеру, умелец, который старается усовершенствовать свое детище, чаще всего дополняет старые структуры новыми, но не заменяет одни другими. То же самое наблюдается и в эволюции: возьмем, к примеру, формирование мозга млекопитающих. На самом деле оно не было таким же целостным процессом, как развитие крыла из лапы. К древнему мозгу низших млекопитающих добавилась кора головного мозга, которая быстро, быть может, даже слишком быстро развиваясь, сыграла решающую роль в эволюции человека. Как считают некоторые нейробиологи, в частности Маклин, данные два типа структур соответствуют двум типам функций, но они не полностью скоординированы и организованы иерархически. Новый орган, кора головного мозга, управляет мышлением и познавательной деятельностью. Более древняя структура мозга заведует деятельностью внутренних органов и эмоциями. Эта старая структура, заправлявшая всем у низших млекопитающих, у высших оттеснена на второй план. У человека она представляет собой то, что Маклин назвал “органом утробного мышления”.

Образование коры головного мозга как доминирующего органа при сохранении древних нервной и гормональной систем, оставшихся частично автономными, а частично находящихся под опекой коры,— вся эта эволюция весьма похожа на самоделку. Это что-то вроде старого конного экипажа с реактивным мотором: стоит ли удивляться, если он будет ломаться на каждом шагу?

III ВРЕМЯ СТРАХА И ПОРА НАДЕЖД

Не учи обезьяну лазить по деревьям.

Конфуций

В греческой мифологии одной из прелестнейших небожительниц была Эос, богиня утренней зари. На исходе каждой ночи Эос, розовоперстая, в одеянии шафранного цвета, восстает со своего ложа и мчится на колеснице, запряженной двумя конями, к Олимпу, чтобы возвестить о скором прибытии ее брата Аполлона. Однажды Афродита, которая настойчиво добивалась расположения Ареса, застала его на ложе Эос и страшно разгневалась.

Ревнивая Афродита приговорила Эос вечно влюбляться только в смертных. Может, еще и поэтому богиня утренней зари кажется нам такой привлекательной? С тех пор Эос стала тайком обольщать юношей одного за другим: сперва Ориона, сына Посейдона, одного из прекраснейших смертных, затем Кефала, затем Ганимеда и Тифона, сыновей царя Троя, давшего имя Трое. Ганимеда почитали как красивейшего подростка на Земле, поэтому боги сделали его виночерпием самого Зевса. Эос ставила Ганимеда выше всех своих любовников, однако Зевс тоже возжелал прекрасного юношу и, превратившись в орла, похитил его у богини. Взамен она попросила подарить бессмертие другому ее любовнику, Тифону. Зевс исполнил ее пожелание, но, увы, она забыла испросить для Тифона вечной молодости. Он седел и дряхлел день ото дня. И что хуже всего — без конца бормотал что-то надтреснутым старческим голосом. В конце концов розовоперстая Эос не выдержала, но бессмертие было даровано богами, и отменить его было нельзя. Не в силах больше все это выносить, Эос превратила Тифона в неумолчную цикаду...*

Если уж выбирать из двух кошмаров — старение без смерти или смерть без старения, то судьба у Тифона более горька, чем у Дориана Грея, который смертен, но остается молодым, тогда как на его портрете проступает все более заметная старость.

Старение остается для науки загадкой. Не удивительно ли, что целостный организм, будучи результатом исключительно сложного процесса морфогенеза, неспособен справиться с задачей, казалось бы, гораздо более простой — поддерживать уже существующее состояние? Вслед за зрелостью начинается старение: системы, ответственные за выживание и продолжение рода, постепенно приходят в упадок. При старении деградирует не какая-либо отдельная система — разрушается все тело. Несколько десятилетий назад причину видели в том, что организм вырабатывает меньше некоторых гормонов, в частности половых. Казалось, стоит пересадить пожилым людям половые железы обезьян, как к ним сразу вернется молодость. Увы, чуда не произошло. Достаточно распространенным был взгляд на старение как на сдвиг в одном или нескольких, но немногих физиологических процессах. Но и это теперь представляется все менее вероятным. Как и другие выдумки в науке, вроде вечного двигателя, эликсир молодости, скорее всего, не вписывается в картину возможного.

Максимальная продолжительность жизни — одна из характеристик каждого вида; она запрограммирована в геноме. Август Вейсман подошел к старению, а также к тому, что получило название “естественной смерти”, с эволюционной точки зрения. “Я рассматриваю смерть как явление видовой адаптации,— говорит он,— поскольку бесконечно существовать на свете было бы неуместной роскошью для индивида”. “Изношенные особи не представляют никакой ценности для вида, они для него даже вредны, поскольку отнимают место у здоровых”. Долгое время ученые принимали этот аргумент Вейсмана. Но если он был вправе рассуждать о старении и смерти с позиции эволюции, то при этом дважды погрешил против истины. Прежде всего, рассматривать состарившиеся организмы как изношенные и неспособные воспроизводиться — это принимать за доказанное то, что как раз требуется доказать. Далее, Вейсман предполагает, что отбор действует на уровне не особи, а вида. И, наконец, отбор не может предвидеть ни будущее вообще, ни судьбу вида в частности.

По Вейсману, не только всякому организму суждено неизбежно прийти в упадок, но и специфический механизм — смерть — устроен естественным отбором так, чтобы состарившиеся, а значит, бесполезные организмы устранялись. Однако старение и механический износ не имеют между собой ничего общего. Несмотря на долголетние исследования, никто не смог доказать существование того, что можно было бы назвать механизмом смерти.

Трудно понять, как именно естественный отбор может поощрять укорочение жизни. Поскольку не существует специального механизма смерти, логично предположить, что медленное увядание организма должно было возобладать над быстрым. Вероятно, отбор оказывает свое давление только в период жизни, который предшествует размножению. Для любого вида особенно ценны организмы, достигшие половой зрелости, ибо они обладают важнейшим свойством — способностью к размножению. Люди особенно сильны, выносливы и устойчивы к болезням в период между 20 и 30 годами, а минимальный процент смертности приходится на 15 лет. Животные тоже достигают лучшей формы к периоду размножения, а затем постепенно стареют. Другими словами, немощь в старости это расплата за силу в молодости...

Как старение, так и понятие времени теснейшим образом связаны с жизнью. Для древних греков время было испещрено множеством циклически повторяющихся событий, бесконечными приливами и отливами жизни и смерти. Гомер говорит:

“Листьям в дубравах древесных подобны сыны человеков:

Ветер одни по земле развевает, другие дубрава

Вновь, расцветая, рождает, и с новой весной возрастают;

Так человеки: сии нарождаются, те погибают”,

Это представление о судьбе, все время влекущей вперед, согласовывалось со свойствами окружающего мира, определяющими круг времен года, периодичность праздников и череду поколений: ритм космический, ритм религиозный и ритм человеческий. Позднее в сознании греков время будет олицетворено божеством по имени Хронос. В орфической теогонии Хронос был одним из начал Вселенной. Его представляли как полиморфного монстра, из которого появилось первобытное яйцо, раскрывшееся и давшее начало сперва небу и земле, затем — богам и смертным.

В нашей собственной эволюционной мифологии времени также отводится важная роль, Его рассматривают в качестве одного из факторов, которые сформировали как мир в целом, так и мир живого в частности. Действительно, обязательность временного параметра составляет одну из главных отличительных особенностей биологии в сравнении со многими областями физики. Ведь, как ни смешно это звучит, в основных физических теориях временное измерение отсутствует. В физическом мире находят некоторую асимметрию во времени, например в случае с расширением Вселенной или с распространением электромагнитных волн. Однако до относительно недавнего времени основные законы физики, квантовой механики и теории электромагнитных волн считали симметричными относительно времени; почти так же считают и сегодня. Например, рождение и смерть частиц могут рассматриваться как абсолютно обратные друг другу процессы. Асимметрия появляется только в явлениях, дополнительных друг другу.

До появления необратимой термадинамики закон, несимметричный во времени, представлялся лишь отчасти верным в качестве второго закона термодинамики; казалось, что он выводим из законов, симметричных во времени.

Фильмы, когда мы смотрим их от конца к началу, дают представление о том, на что был бы похож мир, где время идет в обратном направлении. Мир, где молоко отделяется от кофе и из чашки льется в молочник, где лучи света не бьют из одного источника, а выходят из стен и собираются в одну точку; камень, выброшенный из воды непонятным взаимодействием бесчисленных капелек, летит по параболе и опускается в руку человека. Однако в подобном мире перевернутого времени процессы в нашем мозгу и работа памяти также должны быть вывернуты наизнанку. То же самое должно произойти и с прошлым, и с будущим, и мир будет нам казаться точно таким же, каким он нам кажется сейчас.

В противоположность физике, биология учитывает время как один из важнейших параметров. Временную ось можно обнаружить повсюду в мире живых существ, который сам по себе — продукт эволюции. Эта ось присутствует и в жизни каждого организма. Всякое существо проходит свой путь от рождения до смерти. Жизнь каждой особи подчинена определенному плану — этот факт сильно повлиял на философию Аристотеля и, тем самым, на всю западную культуру, на ее теологию, искусство и науку. Молекулярная биология соединила мир живого, с его специфической особенностью развиваться по плану, и физический мир — их долгое время разделяла пропасть. Ось времени, обязательная везде, где есть жизнь, составляет теперь неотъемлемую часть нашего представления о мире. Это особая черта биологии, ее личная печать.

У большинства организмов есть свои внутренние часы, которые регулируют физиологические циклы. Это — системы памяти, лежащие в основе функционирования, поведения и самого существования. Одна из таких систем — генетическая. Вообще говоря, это память вида, результат эволюции. Зашифрованная в молекуле ДНК, она сохраняет основную канву событий, которые, поколение за поколением, привели к настоящему состоянию. Гены фактически не испытывают непосредственного воздействия жизненных коллизий: приобретенные признаки не наследуются потомством; опыт не влияет на наследственность. И если в конечном счете среда обитания и оказывает влияние на наследственность, то только после длительных перипетий и уловок естественного отбора.

Сложные организмы приобрели еще две системы памяти. Они контролируются генами • призваны фиксировать события, которые происходят с особью в течение ее жизни. О наличии иммунной системы стали подозревать, когда обнаружили, что организм каким-то образом хранит память об инфекциях. Давно было замечено, что некоторыми болезнями болеют не более одного раза в жизни. Уже в XV веке китайцы измельчали в порошок высушенные корочки с кожи больных оспой и вдыхали их для предохранения от болезни. Три века спустя Дженнер показал, что прививка вакциной или болезнь, перенесенная в легкой форме, предотвращают последующее заболевание оспой. Но по-настоящему иммунология стала наукой, когда Пастер, вместо того чтобы привить курице свежую бактериальную культуру, способную за несколько дней убить ее, случайно ввел аналогичную, но старую культуру: курица не только перенесла инъекцию, но и стала невосприимчивой к последующему введению вирулентной культуры.

Спустя еще сто лет стало ясно, что иммунная система невероятно сложна. Она приводит в действие множество узкоспециализированных клеток. Определенный набор клеток приобретает способность противодействовать бесчисленным антигенам благодаря системе, в которой ограниченное число информационных блоков соединяется во всевозможных комбинациях, вырабатывая различные антитела, которые начинают действовать, как только им встретится антиген. Иными словами, сам жизненный опыт, производя отбор из широкого спектра предшествующих структур, позволяет особи реализовать возможности своего иммунитета.

Таким образом, генетическая и иммунная системы работают как разновидности памяти — памяти видовой и памяти индивидуальной. Но живое существо — не только последнее звено в непрерывной цепи организмов:

жизнь — это процесс, который не ограничивается записью того, что случилось в прошлом, он обращен также и в будущее. По всей вероятности, нервная система многоклеточных организмов зародилась как механизм для согласованной ассоциативной деятельности разных клеток. Впоследствии она стала системой, запоминающей определенные события в ходе жизни особи, и в конечном счете приобрела способность конструировать будущее.

Живые существа могут бороться за место под солнцем, развиваться и плодиться только благодаря беспрерывному притоку энергии и информации. Значит, восприятие среды обитания — по крайней мере, тех ее сторон, которые касаются непосредственно выживания,— для организма совершенно необходимо. Простейший организм, примитивнейшая из бактерий должны “знать”, какая пища в ее распоряжении, и приспособить к ней свой обмен веществ. У микроорганизмов ответная реакция строго предопределена генами, она всегда сводится к выбору:

да или нет. Возможности бактерии ограничены ее крайне простой, но надежной генетической программой. То есть тем, что позволяет распознать эта программа при помощи всего нескольких белков, каждый из которых узнает в лицо только одно химическое соединение. Для бактерии внешний мир сводится к растворам нескольких веществ.

Очевидно, что рост возможностей, сопровождающий эволюцию, требует, чтобы органы чувств становились тоньше, а информации, получаемой извне, было больше. У животных много способов исследовать внешний мир. У низших позвоночных информация, идущая от органов чувств, преобразуется непосредственно в мотонейронную. Такие животные, по всей видимости, существуют в мире безусловных ответов на стимулы;

это то, что этологи называют “врожденными ответными механизмами”. Напротив, у птиц и в еще большей степени у млекопитающих огромное количество информации, поступающей извне, фильтруют органы чувств и обрабатывает мозг, в котором формируется упрощенное, но удовлетворяющее потребностям животного представление о внешнем мире. Мозг работает, не записывая полного отображения мира, а строя для себя его внутренний образ.

Способ восприятия внешнего мира у каждого вида зависит как от органов чувств, так и от принципа, на основе которого мозг объединяет чувственное и двигательное в единое целое. Даже если разные виды животных получают один и тот же набор стимулов, это не значит, что их мозг построит одну и ту же картину воспринимаемого мира. Представление об окружающей среде у разных видов может отличаться так, будто стимулы исходили из разных миров. Мы, люди, очень плохо себе представляем, как видит мир муха, или земляной червь, или чайка.

Каким бы ни был способ, которым организм исследует окружающий его мир, ощущения непременно должны отражать “реальность” или, точнее, те стороны реальности, которые непосредственно связаны с поведением. Если бы складывающиеся у птицы образы насекомых, которых необходимо поймать на корм птенцам, не отражали некоторые фрагменты реальности, то птенцы бы просто погибли. Если у обезьяны представление о ветке, на которую надо прыгнуть, не имеет ничего общего с реальностью, то она упадет и разобьется. Если бы и мы не были устроены в соответствии с этим же принципом, то не было бы и нас. Воспринимать какие-то стороны реальности — биологическая необходимость. Разумеется, только некоторые стороны, поскольку значительная часть информации о мире, безусловно, отфильтровывается. Органы чувств позволяют нам заметить, что в нашу спальню проник тигр, но не воспринимают его как конгломерат частиц, каковым он в действительности является — если верить физикам. То есть внешний мир, о существовании которого мы знаем интуитивно,— всего лишь порождение нашей нервной системы.

Это в некотором смысле возможный мир, модель, которая позволяет организму обрабатывать лавину получаемой информации и использовать ее применительно к насущным нуждам.

Таким образом, мы пришли к определению некоей “биологической реальности”, которая есть особое представление о мире, формирующееся в мозгу у живых существ. Очертания этой реальности зависят от изменений в нервной системе вообще и в мозге — в частности.

Некоторое время назад Гарри Дж. Джерисон предположил, что свойства этой “биологической реальности” влияли на процесс развития мозга у млекопитающих. И главная роль здесь отводится понятию о времени. Видимо, в ходе эволюции временной параметр постепенно встраивался в представление о мире, поскольку у низших позвоночных этот параметр вряд ли был значимым. Похоже, что рептилии времени не воспринимают. Пространственное представление у них кодируется анализатором, находящимся непосредственно в сетчатке. Первые млекопитающие были мелкими животными, вынужденными вести ночной образ жизни, поскольку рядом обитали крупные рептилии, например динозавры. При ночном образе жизни воспринимать окружающий мир только при помощи зрения было невозможно, и доминировали слух обоняние. Это имело свои последствия. Во-первых, масса новых нейронов образовала слуховой отдел мозга.

Во-вторых, возник новый способ обработки пространственной информации при помощи временного кодирования — способ, подобный тому, который применяют летучие мыши: своим радаром они засекают предмет, издавая звук и определяя расстояние до предмета и его местоположение по времени возвращения отраженного звука. В дальнейшем мозг постоянно увеличивался и “биологическая реальность” млекопитающих становилась все богаче.

После того как гигантские рептилии вымерли, млекопитающие получили возможность вести дневной образ жизни. Зрительный аппарат старого типа им был больше не нужен. Развилась гораздо более тонкая и сложная система, позволившая различать цвета; анализаторы размещались уже не непосредственно в сетчатке, а в мозге. Стало возможным объединять зрительную и слуховую информацию благодаря уникальному пространственно-временному коду, позволяющему соотносить световые и звуковые сигналы с единым источником света и звука. Мозг высших млекопитающих может справляться с невероятными объемами информации, поступающей через органы чувств во время бодрствования, только потому, что эта информация организована и структурирована в реальности, являющейся “объектами” пространства и времени мира животного.

Под тем же углом зрения можно рассматривать этапы эволюционного развития головного мозга животных, которое привело к возникновению Homo sapiens. В ходе этого процесса представление о внешнем мире стало значительно шире.

Как уже упоминалось, одним из важнейших факторов развития мозга следует считать время. Давление естественного отбора благоприятствовало развитию у приматов средств для определения положения объектов при помощи слуха, а это позволяло лучше ориентироваться в пространстве. Более объемным и связным стал пространственно-временной образ мира: движущиеся предметы воспринимались уже целостно — посредством зрения, слуха, обоняния и осязания. Кроме того, представление о предметах оставалось в памяти.

Это представление организовано определенным способом, с помощью двух замечательных свойств мозга. Во-первых, образы пережитых событий стало возможным разбивать как бы на составные части, комбинируя которые можно создавать представление о еще не известных ранее ситуациях. Отсюда способность не только сохранять образы прошедших событий, но и предвидеть грядущие — стало быть, представлять, “изобретать” будущее. Во-вторых, познавательное представление о мире стало складываться еще и с помощью языка — точнее, речи. Мы формируем нашу “реальность” при помощи слов и выражений так же, как и на основе зрения и слуха. Гибкий человеческий язык — великолепный инструмент для развития воображения. Он позволяет без конца комбинировать символы, давая возможность мысленно строить —возможные миры. В соответствии с этим каждый из нас живет в реальном мире, который сформирован в мозге на основе информации, вводимой органами чувств и языка.

Реальный мир — это сцена, где происходят все события жизни. Опыт, который мозг получает в течение жизни, у каждой особи отличен от других. Однако, несмотря на это, представления о мире, сложившиеся в мозгу у каждого из нас, достаточно сходны, чтобы их можно было выразить общими понятиями и словами.

Сознание можно понимать как восприятие себя в качестве объекта, стоящего в самом центре реальности. Осознание “я” как объекта, а стало быть, как личности, безусловно, коренится очень глубоко в нашей интуиции. Трудно понять, на каком этапе эволюции возникло самосознание. Быть может, что-нибудь объяснит способность узнавать себя в зеркале? Ведь эта способность появляется у приматов лишь на определенном уровне сложности их организации. Когда способность осознавать себя сопряжена с возможностью строить образы реальности, без конца комбинировать их и таким образом воображать возможные миры, самосознание делает возможным осознание прошлого и будущего.

Старая традиция в теории познания, до сих пор владеющая умами в Европе, основывалась прежде всего на интроспекции, то есть самонаблюдении. Согласно этой традиции, ментальные образы реальности не могут быть той же природы, что и события физические. Однако непонятно, как такой “нематериальный” разум мог возникнуть в ходе эволюции и естественного отбора. Попытки одушевить частицы, составляющие материю, ничего не проясняют. Поэтому можно прийти к выводу, что разум — особая форма организации мозга, так же, как жизнь — особая форма организации молекул. И все же нет уверенности в том, что нам дано будет узнать, как в неживой Вселенной зародилась жизнь, или понять эволюцию мозга и появление той совокупности качеств, которую мы затрудняемся определить, но называем мышлением.

Развитие искусств, мифотворчества, естественных наук и других видов человеческой деятельности следует рассматривать под тем же углом зрения. Искусство представляет собой попытку человека выразить разнообразными средствами свое индивидуальное представление о мире. Мифотворчество стремится составить из обрывков сведений о мире мало-мальски связное и общепонятное представление. Что касается естественных наук, то они демонстрируют устаревший, но подновленный в эпоху позднего Возрождения способ строить более точную картину реальности. Все эти виды деятельности апеллируют к воображению. Все они перетасовывают фрагменты реальности для создания новых структур, новых ситуаций, новых идей. И тут важно, что всего лишь одно изменение в представлениях о мире может повлечь за собой изменение в мире физическом, что и доказывают результаты технического прогресса.

Понятие культуры включает в себя почти все, что присуще человечеству. Наследование культуры аналогично передаче от поколения к поколению биологических особенностей. Принципиальное сходство между этими двумя системами — в их естественной склонности к консерватизму при сохранении способности изменяться, а значит, и эволюционировать. Однако приобретения культуры закрепляются в большей степени по ламарковскому принципу, а значит, культурная эволюция может идти на несколько порядков быстрее биологической. С биологической точки зрения человек XX века практически не отличается от того, который жил 40 тысячелетии назад. Напротив, уровень культуры, общественной жизни и технического прогресса сегодня очень далек от первоистоков.

Чем глубже в человеческую деятельность вторгается научный подход, тем больше вероятность конфликта между теорией, с одной стороны, и традициями и верованиями — с другой. Кроме того, велика опасность, что научные данные могут быть использованы в идеологических и политических целях. Нечто подобное происходит, в частности, с достижениями биологии. Жизнедеятельность простых организмов строго определена генетически. У сложных организмов наследственная программа более “открыта” — по выражению Эрнста Майра. Эта программа не предписывает аспектов поведения, а оставляет организму возможность выбора, свободного реагирования. Вместо строгих предписаний она дает ему запас способностей. Процесс “раскрытия” генетической программы нарастает по мере эволюции, вершиной которой стал человек. Сорок шесть хромосом обеспечивают человеку комплекс умственных и физических качеств, которые он может применять и развивать по-разному, в зависимости от среды, в которой вырос и живет.

К примеру, некий набор генов дает ребенку способность к речевой деятельности. Однако именно среда обучает его определенному языку.

Эту взаимосвязь биологического и культурного начал часто недооценивают, если не игнорируют вовсе, в том числе по идеологическим и политическим соображениям. Вместо того чтобы рассматривать оба фактора как неотделимые друг от друга, их стараются противопоставить. Между наследственностью и внешней средой пытаются увидеть антагонизм, вычленяя относительную меру их влияния на поведение и способности индивида. Как будто эти два фактора взаимно исключали друг друга в эволюции человеческого рода! В дебатах о воспитании, да и вообще о поведении, сталкиваются два подхода, которые рассматривают человеческий мозг либо как чистую магнитную ленту, либо как грампластинку. В первом случае звуковая информация, поступающая извне, может быть многократно перезаписана, во втором — информация раз и навсегда запечатлевается на диске.

Приверженцы теории “магнитной ленты” чаще всего попадают под влияние марксистской идеологии, согласно которой индивида всесторонне характеризуют его принадлежность к общественному классу и воспитание. Следовательно, умственные способности человека никак не зависят от его биологических характеристик, наследственных признаков. Все коренится в культуре, обществе, навыках и условностях, в способе производства. Таким образом, нивелируется всякое разнообразие, в том числе биологическое. Значимы лишь общественная принадлежность и образование.

Такой категоричный подход совершенно неприемлем. Обучение есть не что иное, как воплощение программы, позволяющей приобрести навыки. Нельзя создать обучающую машину, не задав ей программу, включающую условия и все детали этого обучения. Живые существа так же, как неживые тела, подчинены физическим и химическим законам, но на них распространяются и другие, более сложные законы: необходимость добывать себе пропитание, продолжать свой род и тому подобное, что не имеет никакого смысла применительно к неживой природе. А к биологическим факторам прибавляются, накладываясь на них, психические, лингвистические, культурные, социальные, экономические и прочие. Такое сложнейшее устройство, как человеческий мозг, нельзя понять, не объединив всесторонние усилия множества наук, фрагментарными знаниями здесь не обойтись. Нельзя ни свести познание человека к биологии, ни обойтись без нее — так же, как биология не может обойтись без физики.

Несостоятелен и другой подход — сравнение с грампластинкой. Эта точка зрения лежит в основе различных форм расизма и фашизма. Она предполагает, что умственные способности человека почти всецело зависят от наследственности, а влияние внешних факторов практически сведено к нулю. Это рушит всякие надежды на совершенствование путем приобретения навыков и обучения. С тех пор, как Господь создал мир, “человеческая природа” — лишь часть всеобщей гармонии Вселенной. Не кто иной, как Бог, придал людям все многообразие их черт. Однако теперь биологические постулаты могут быть призваны стать научной гарантией, налагающей ограничения на человеческое поведение. Ведь если достижения человека — исключительно отражение его генетически обусловленных способностей, значит, социальное неравенство непосредственно вытекает из неравенства биологического. Значит, нечего и думать о том, чтобы изменять что-то в иерархии общества.

Однако у всякого нормального ребенка с рождения заложена способность расти и развиваться в любом обществе, говорить на любом языке, воспринимать любую религию и любые общественные установки. Ребенок реагирует на стимулы, поступающие извне, ищет повторяющиеся черты, запоминает их и складывает из этих элементов новые комбинации. По мере обучения совершенствуются восприятие, чувствительность и возникают все новые нервные структуры. В ходе развития при постоянном взаимодействии биологического и культурного у ребенка складываются и созревают нервные связи, лежащие в основе познавательных способностей. Приписывать результат такого развития частично наследственности, остальное относя на счет окружения,— бессмысленно. Это нисколько не лучше, чем задаваться вопросом, генетика или культура лежит в основе взаимных чувств Ромео и Джульетты. Как и всякий иной организм, человеческое существо запрограммировано генетически, но запрограммировано для обучения. Природа дает новорожденному широкий выбор возможностей, и во взаимодействии со средой какие-то из них реализуются в течение жизни.

Изучая человеческие популяции, редко усматривают главное: разнообразие — это одна из основных движущих сил эволюции. Равенство — не биологическое понятие. Две клетки, две молекулы и даже два животных не могут быть “равны”, о чем нам напоминает Джордж Оруэлл. Речь в этом споре идет на самом деле о социальном и политическом: одни хотят равенства на основе идентичности, другие предпочитают неравенство, обосновывая его изначальным природным многообразием. Как будто понятие равенства не было выдумано именно потому, что человеческие существа отличны друг от друга! Многообразие — одно из главных правил игры в биологии. Поколение за поколением гены объединяются и расходятся, образуя и сохраняя признаки вида, но производя всегда разное. Это многообразие, эту бесконечную комбинаторику, делающие каждого из нас неповторимым, невозможно переоценить. В них кроются богатства вида, в них заложен его потенциал.

Разнообразие — следствие возможного, но и некая подстраховка, предугадывание будущего. Это — одно из главнейших и самых глубинных свойств живых существ. Это — путь к следующему мгновению. Дышать, есть, двигаться — значит не только жить, но и предвосхищать. Видеть — значит предвидеть. Каждое из наших действий, каждая наша мысль вовлекает нас в то, что еще должно произойти.

Наше воображение разворачивает перед нами вечно обновляющуюся картину возможного. Именно ей мы все время противопоставляем наши надежды и сомнения. Именно к этому возможному мы приноравливаем наши влечения и наше отвращение. Однако, хотя нам дано “творить” будущее, грядущее будет всегда отлично от того, как мы его себе представляем сегодня. Непредсказуемость присуща даже научному опыту. Поначалу лишь очерчивая границы неизвестного, мы впоследствии можем открыть что-то действительно новое. Нет никаких способов предугадать, к чему могут привести исследования в той или иной области, а потому нельзя отдавать предпочтение одним областям науки и пренебрегать другими. Как подчеркивал Льюис Томас, наука или есть в ее целостности, или ее нет вовсе: нельзя выбирать в ней только то, что нравится. Надо быть готовым к непредвиденному, “неудобному” результату.

Я попытался показать, что научный подход играет определенную роль в споре возможного и реального. Семнадцатому веку хватало мудрости считать рассудок только полезным инструментом для того, чтобы разбираться в делах человеческих. Эпоха Просвещения и XIX век сочли разум не только необходимым, но и достаточным для разрешения всех проблем. Сегодня абсурдно считать, что поскольку рассудка на все не хватает, то он более и не нужен.

Конечно, наука пытается описать природу и отличить желаемое от действительного.

Однако не следует забывать, что человеку желаемое необходимо так же, как и действительное. Надежда придает жизни смысл и коренится в том, что существующий мир можно будет однажды изменить — сделать его таким, какой сегодня представляется лишь возможным.

Когда гестаповцы схватили Тристана Бернара и его жену, он сказал: “Время страха кончилось. Начинается пора надежд”.

Вспоминаются те счастливые годы

Когда я читал эту небольшую книгу Франсуа Жакоба, написанную на изящном французском языке, то ностальгические чувства по давно ушедшим годам мешали поначалу вникать в ее содержание. То были героические и романтические годы начала молекулярной биологии в нашей стране. Все люди, имевшие хоть какое-то отношение к этой науке, могли тогда уместиться в небольшом конференц-зале в Дубне. Так начинались знаменитые дубненские зимние школы, одним из организаторов которых был незабываемый Н. В. Тимофеев-Ресовский.

Среди лекторов и слушателей школы было много авторов “Химии и жизни” и людей, часто упоминаемых на страницах журнала. Тогда мы были молодые... На лекциях в Дубне, в промежутках между школами, на разных семинарах, да и просто в научных разговорах часто звучали имена Жакоба и Моно, французских ученых, получивших Нобелевскую премию вместе с Андре Львовым. “Жакоб и Моно” — звучало вместе так часто, что иногда воспринималось как имя одного человека. Только потом стало ясно, что эти блестящие ученые — очень разные люди. Я никогда их не видел, только читал книги, ими написанные. Сочинения Моно — глубокая эрудиция, спокойные философские обобщения. Эссе Жакоба — легкий стиль, исключительно простое и доходчивое объяснение научных истин. Я, конечно, читал далеко не все ими написанное. Может быть, мои выводы недостаточно обоснованы, но

до сих пор хорошо помню свои тогдашние ощущения.

Вспоминаются те счастливые годы. Кажется, именно Жакоб и Моно ввели в научный обиход термин “messenger RNA”? Иду в библиотеку. Да, так оно и, есть. И “аллостерические ферменты” — вместе с Шанжю, чье имя также часто звучало в те годы. И, наконец, вот оно: “FRANCOIS JACOB. Jacques MONOD”. “GENETIC REGULATORY MECHANISM IN THE SYNTHESIS OF PROTEINS”.— 1MB, 1961, v. 3, p. 318—356. Я держу в руках сборник классических работ по молекулярной биологии, в который включена эта знаменитая статья Жакоба и Моно. Механизм регуляции работы генов в синтезе белка, слово “репрессор” — это тоже оттуда. Беру “ENCYCLOPEDIA ITALIANA” JACOB FRANCOIS. Родился 7 июня 1920 года. Участвовал в Сопротивлении. Окончил Парижский университет в 1947 году. Степень доктора в 1957 году. Нобелевская премия в 1965...

Быть может, постоянным читателям “Химии и жизни” книга “Игра возможного” может показаться чересчур элементарной. Участники дубненских зимних школ, а теперь уже и их ученики рассказывают на страницах журнала о самых последних достижениях биологии, о поразительных прорывах этой науки, о крахе некоторых надежд, о новых идеях. Конечно, на дворе уже иная эпоха. Жакоб, рассуждая об эволюции, придерживается, в основном, синтетической теории. Российским ученым, воспитанным на трудах Берга и Любищева, подход Жакоба может показаться слишком простым и прямолинейным. Но все же я очень рад, что вы прочли эту книгу. Ее хорошо написал хороший ученый и человек, Франсуа Жакоб.

Доктор химических наук Г. Г. МАЛЕНКОВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Почему летит <<стрела времени>>

Сепульки — играющий значительную роль элемент цивилизации ардритов (см.) с планеты Итеропии (см.). См. Сепулькарии. Сепулькарии — устройства, служащие для сепуления (см.).

Сепуление — занятие ардритов (см.) с планеты Итеропии (см.). См. Сепульки. Станислав Лем. Звездные дневники Ийона Тихого

Что такое время, знают вроде бы все. Но ни один человек не может дать понятию “время” однозначное словесное определение, не прибегая к формулировкам типа “масляное масло”. И в этом заключается глубокий научный смысл: согласно известной теореме Гёделя о неполноте аксиоматического описания, подобные тавтологические конструкции представляют собой неизбежную особенность любого конечного словаря.

А вот Ричард Фейнман дал в своих лекциях по физике очень простое определение времени: “Время — это часы”. Так сказать, сепуляющие сепульки сепулькариев...

ЯЗЫК НАУКИ И ЯЗЫК ПРИРОДЫ

 

Еще задолго до Лема академик Л. В. Щерба придумал забавную фразу, быстро ставшую хрестоматийной: “Глокая куздра кудланула бокра и кудрячит бокренка”. Эта фраза звучит совершенно по-русски, совершенно по-русски звучат все составляющие ее слова; более того, мы совершенно ясно понимаем ее смысл. И это — несмотря на то, что ни одно слово, взятое само по себе, никакого смысла не имеет и ни в одном словаре его не найти!

Смысл фразы, придуманной Щербой, нам удается понять благодаря тому, что любой язык — это не просто набор слов, каждое из которых имеет определенное значение, а набор слов, имеющих определенную конструкцию и сочетающихся друг с другом по совершенно определенным правилам, придающим языку в целом смысловую структуру. “Глокую куздру” невозможно буквально перевести ни на один язык мира; но, по-видимому, на любом языке мира можно придумать фразу, имеющую тот же самый смысл. Высшее искусство перевода как раз и заключается в способности адекватно передавать непереводимую игру слов.

Природа тоже говорит на своем языке, но в нем роль слов выполняют различные материальные объекты, взаимодействующие друг с другом по правилам, которые мы называем законами. Эти законы и позволяют передавать языком науки смысл того, что говорит природа, несмотря на то, что ни одно из ее слов не поддается буквальному переводу на человеческий язык. То есть любой ученый похож на переводчика, владеющего лишь правилами грамматики иностранного языка и упорно пытающегося передать своим языком непереводимую игру слов природы.

Несмотря на внешнюю бессмысленность конструкции “сепуляющие сепульки сепулькариев”, мы понимаем, что некие объекты (сепульки) что-то делают (сепуляют) внутри какого-то устройства (сепулькария); нам также ясно, что сепульки без сепулькария сепулять не могут.

А теперь произведем подстановку: сепулькарий — пространство (циферблат), сепульки — частицы вещества (стрелки часов), сепуление — движение (стрелок по циферблату). Вещество и пространство не могут существовать друг без друга и в совокупности образуют то, что, мы называем материей, а ее движение — временем. Вот максимум того, что мы можем сказать о времени, не впадая в тавтологию.

СВЕЧА ГОРЕЛА НА СТОЛЕ...

По опыту мы знаем, что время течет только в одном направлении, от прошлого к будущему, и поэтому говорим о “стреле времени”. Почему нельзя обратить время вспять? А если это возможно, то, что произойдет в мире, где прошлое и будущее поменяются местами?

Обычно гипотетический мир, в котором время течет вспять, сравнивают с кинофильмом, пущенным задом наперед. Ведь кинопроектор с движущейся в нем лентой — это своеобразные часы, обладающие способностью наглядно фиксировать последовательность реальных явлений. Казалось бы, достаточно изменить направление движения киноленты — и все на экране будет происходить в обратном порядке.

Однако это касается далеко не всех событий. Однажды мне довелось увидеть поучительные кинокадры: горение свечи, демонстрировавшееся в ускоренном темпе сначала во времени “туда”, а затем во времени “обратно”.

Когда на экране время текло в прямом направлении, в обычном направлении текло и время, измеряемое горящей свечой, — ее длина уменьшалась, когда же экранное время обращалось вспять, обращалось вспять и время, отсчитываемое свечой,— она сама собой вырастала из лужицы воска. Казалось бы, все в порядке.

И все же что-то было не так. Ведь, несмотря на то, что время текло вспять и в кинопроекторе (пленка двигалась в обратном направлении), и на экране (свеча не таяла, а росла), пламя по-прежнему освещало все вокруг! Простое механическое обращение хода времени никак не повлияло на ход времени, направление которого задается процессом превращения энергии из одной формы в другую и определяется законами термодинамики.

Значит, чтобы на экране обратить термодинамическую “стрелу времени”, нужно демонстрировать задом наперед не позитив, а негатив фильма! Тогда черное пламя свечи будет, подобно “черной дыре”, как бы всасывать в себя электромагнитные волны, испускаемые всеми окружающими телами. Но как эти волны узнают, в каком направлении им надлежит распространяться, да еще строго согласованно друг с другом? Подобное явление может происходить только в том случае, если черное пламя свечи служит источником каких-то особых сигналов, распространяющихся с бесконечно большой скоростью и управляющих процессами излучения в любой точке пространства вокруг свечи, а это означает нарушение принципа причинности. Получается так, что обратить термодинамическое время вспять вообще невозможно!

“МИКРО” И “МАКРО”

 

Законы механики Ньютона строго инвариантны, неизменны относительно изменения знака времени: замена +t на —t ничего в них не меняет. Поэтому и говорят, что механика обратима,— если мы абсолютно точно зададим начальные координаты и импульсы частиц, то можем, в принципе, узнать сколь угодно далекое прошлое и сколь угодно далекое будущее системы. Не беда, что мы не способны сделать это практически (ни одна ЭВМ не справится с такой задачей), главное, что мы можем это сделать теоретически, умозрительно. В мире Ньютона все события раз и навсегда предопределены, это мир строгого детерминизма, в котором нет места никаким случайностям.

А вот согласно второму началу термодинамики, в изолированной системе все процессы протекают только в одном направлении — в сторону повышения энтропии, возрастания хаоса, что сопровождается рассеянием, обесцениванием энергии. Так всегда и происходит на практике: сама собой лучистая энергия пламени свечи может только безвозвратно рассеиваться в пространстве. Однако можно ли этот принцип обосновать теоретически?

Обосновать какое-либо явление теоретически — значит вывести его из возможно более общих законов природы, принятых за основу научной картины мира. Такими законами по праву считаются законы механики Ньютона, и поэтому проблема формулируется следующим образом: как можно (и можно ли вообще) вывести необратимость термодинамики из обрати-мости механики?

Впервые эту проблему пытался решить во второй половине прошлого века Л. Больцман. Он обратил внимание на то, что термодинамическая необратимость имеет смысл только для большого числа частиц: если частиц мало, то система оказывается фактически обратимой. Для того чтобы согласовать микроскопическую обратимость с макроскопической необратимостью, Больцман использовал вероятностное описание системы частиц (это так называемая Н-теорема) и получил желаемый результат. Однако вскоре было показано, что уже само по себе вероятностное описание в неявном виде содержит представление о существовании “стрелы времени”, и поэтому доказательство Больцмана нельзя считать корректным решением проблемы.

И вообще существование “стрелы времени” может быть только самостоятельным постулатом, потому что означает нарушение симметрии решений уравнений движения. Но какая физическая реальность соответствует такому постулату? Получается так, что - либо из обратимой механики можно вывести только обратимую термодинамику (допускающую возможность “вечного двигателя” второго рода), либо необратимую термодинамику можно вывести только из необратимой механики (допускающей возможность “вечного двигателя” первого рода). Ничего себе альтернатива!

Интересно, что обе эти возможности действительно были испробованы. Сам Больцман, отвечая на критику, пришел к выводу, что вся бесконечная Вселенная в целом обратима, а наш мир представляет собой по космическим меркам микроскопическую флуктуацию. А в середине нашего века пулковский астроном Н. А. Козырев попытался создать необратимую механику, в которой “стрела времени” имеет характер физической реальности и служит источником энергии звезд. Но точка зрения Больцмана допускает возможность нарушения причинности в отдельных достаточно обширных областях Вселенной, а точка зрения Козырева вводит в описание природы некую особую физическую сущность, подобную “жизненной силе”.

“ПОРЯДОК ИЗ ХАОСА”

 

Так называется известная книга нобелевского лауреата И. Пригожина, написанная им в соавторстве с историком науки И. Стенгерс и изданная на русском языке издательством “Прогресс” в 1986 году. Это название буквально в двух словах характеризует суть исследований, начатых этим замечательным ученым в пятидесятые годы нашего столетия и завершившихся созданием особой, неравновесной термодинамики. (Отрывки из новой книги этих авторов “Время, хаос и квант”, также посвященной проблеме “стрелы времени”, опубликованы в №№ 9—11 “Химии и жизни” за этот год.)

Дело в том, что классическая термодинамика, которую Больцман пытался обосновать с помощью классической же механики, описывает только поведение строго изолированных систем, близких к состоянию истинного термодинамического равновесия, отклоняющихся от него лишь в пределах чисто статистических флуктуаций. В таких системах могут происходить только процессы деструктивного характера, сопровождающиеся неуклонным возрастанием энтропии. Однако повсеместно в природе наблюдаются и процессы самоорганизации вещества, самопроизвольного возникновения из хаоса неравновесных, так называемых диссипативных структур. Наиболее яркими примерами подобных процессов могут служить явления самозарождения жизни и биологической эволюции.

Означает ли это, что в некоторых случаях второе начало термодинамики может нарушаться? Острая дискуссия на эту тему длилась многие годы и, в конце концов, завершилась победой сторонников строгого соблюдения фундаментальных законов природы. Но при этом был сделан ряд существенных уточнений, касающихся не самих законов, а границ их применимости к реальным системам. Так сказать, не самой структуры научного языка, а смысла используемых в нем слов. Например, ревизии пришлось подвергнуть смысл понятия “хаос”.

Хаос, царящий в равновесных системах, носит сугубо статистический характер, и мы говорим лишь о вероятности отклонения системы от состояния равновесия. Реакция такой системы на то или иное возмущающее воздействие линейна, — она прямо пропорциональна возмущающей силе и стремится вернуть систему в прежнее состояние. Так, если по гладкой трубе с небольшой скоростью течет жидкость, то в ней случайно возникают малые завихрения, но эти завихрения сами собой гасятся, и в целом поток остается упорядоченным, ламинарным.

Но если система сильно неравновесна, то есть обладает значительным избытком свободной энергии, то в ней может возникать хаос особого рода, называемый динамическим; реакция такой системы на возмущающие воздействия нелинейна и может быть сколь угодно большой при сколь угодно малом первичном возмущении. Так, если скорость движения жидкости по трубе превышает некоторую критическую величину, то малейшая неоднородность потока немедленно приведет к катастрофическому превращению ламинарного потока в неупорядоченный, турбулентный.

Однако динамический хаос замечателен тем, что за внешне совершенно непредсказуемым поведением системы кроется строгий детерминизм — все происходящие в ней процессы можно математически рассчитать с любой требуемой точностью. Еще одна (и, пожалуй, главная) особенность такого хаоса заключается в том, что он может служить источником самозарождения строго упорядоченных структур. Например, в турбулентном потоке могут возникать устойчивые вихри — подобные вихри (так называемую “дорожку Кармана”) можно наблюдать за быстро плывущей лодкой. И вообще динамический хаос служит источником всего того порядка, который мы наблюдаем в окружающем нас мире неживой и живой природы.

ПАРАДОКСЫ БЕСКОНЕЧНОСТИ

Ревизии пришлось подвергнуть и смысл понятия “система”. Когда система в целом находится в состоянии, далеком от истинного термодинамического равновесия (а это относится ко всем реально существующим системам), то в ее отдельных частях могут самопроизвольно происходить процессы самоорганизации, сопровождающиеся понижением энтропии. Если не учитывать того, что подсистемы, в которых из динамического хаоса самозарождаются диссипативные структуры, питаются свободной энергией внешней среды, то возникает видимость нарушения второго начала термодинамики. Но все становится на свои места, если принять во внимание то обстоятельство, что процессы самоорганизации, происходящие в локальных областях, сопровождаются неуклонным ростом энтропии всей системы в целом.

Так, жизнь на Земле зародилась в сильно неравновесной среде, а возникшие организмы стали жить и эволюционировать, потребляя свободную энергию, поступающую к ним извне, — то есть, в конечном счете, энергию Солнца. Но само Солнце не вечно (если, конечно, верна термоядерная гипотеза происхождения его энергии, в чем как раз и усомнился Н. А. Козырев) и должно погаснуть после того, как весь водород превратится в гелий. Так же должны, видимо, рано или поздно погаснуть и все прочие звезды, в результате чего вся Вселенная погрузится во мрак “тепловой смерти”, наступление которой пророчил в прошлом веке Р. Клаузиус.

Но в какой мере Солнце и звезды можно считать изолированными системами? Может быть, в действительности они связаны друг с другом какими-то особыми энергетическими потоками (возможность существования которых, кстати, допустил Н. А. Козырев)? Тогда, все далее и далее расширяя пределы рассматриваемой системы, мы будем отодвигать в бесконечность момент наступления “тепловой смерти” и придем к утешительному выводу о том, что она никогда не наступит. Именно путем таких рассуждений принято (ссылаясь, в частности, на классиков марксизма-ленинизма!) опровергать пессимистический прогноз Клаузиуса.

Увы, как говорят англичане, “бесплатный сыр бывает только в мышеловках”. За все приходится платить, в том числе и за легкомысленное обращение с бесконечностью. Для вечно существующей бесконечно большой Вселенной всякий смысл теряют и принцип причинности, и все законы сохранения. В такой нелокальной Вселенной уже не будет привычных нам пространства, времени и движения — а, следовательно, в ней не будет ни энергии, ни вещества как таковых! Все известные нам законы природы могут иметь только локальный, местный характер.

Это значит, что неосторожное использование понятия “бесконечность” (а оно неявно содержится в таких часто употребляемых словах, как “мгновенное”, “всегда”, “никогда” и некоторых других) может приводить к парадоксальным умозаключениям и поэтому его смысл (как и смысл понятий “система”, “хаос”, проанализированных Пригожиным) тоже нуждается в уточнении.

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ И АКТУАЛЬНАЯ

 

С точки зрения математики бесконечно большая величина — это величина, которая все время возрастает, но никогда не достигает какого-либо определенного значения:

n(t)à oo при tà oo. Такая бесконечность называется потенциальной, потому что она существует лишь в принципе; ее геометрический образ — прямая, неограниченно продолженная в обе стороны. Но математики могут прекрасно обходиться и без часов, необходимых для измерения времени, тайно содержащегося в символе nà оо, что позволяет им обходиться для обозначения бесконечно большой величины упрощенной записью:

n=оо. Такая бесконечность называется актуальной, поскольку она как бы завершена к моменту, когда мы ей воспользовались; ее геометрический образ — любой конечный отрезок прямой, состоящей из бесконечного множества бесконечно малых математических точек.

Какая бесконечность более “правильная”? По сути дела, эта проблема была поставлена еще в знаменитых апориях Зенона (например, “Ахилл и черепаха”), но спор математиков (а также логиков и философов) на эту тему не завершен до сих пор. А вот физики вообще не делают никаких различий между потенциальной и актуальной бесконечностями и очень раздражаются, когда в результате вычислений получают бесконечно большие величины, называемые расходимостями. И делают грубейшую ошибку, подменяя их просто очень большими, но конечными числами.

Вместе с тем не следует забывать, что существуют две разные физики — теоретическая и экспериментальная. Для экспериментатора бесконечно больших (равно как и бесконечно малых) величин действительно не существует, он всегда получает конечные результаты, а хвост бесконечности упрятывает в ошибку с помощью теории вероятности. Что же касается бесконечностей, с которыми имеет дело теоретик, то к ним можно относиться двояко: считать их либо потенциальными, либо актуальными.

Потенциальная бесконечность поддается так называемой калибровке, ее можно в любой момент приравнять к нулю и начать отсчет сызнова, с to=0; актуальная бесконечность такой процедуре не поддается, поскольку вообще существует вне времени и, соответственно, вне реальной физики.

СЛЕДСТВИЕ ПО ДЕЛУ НЬЮТОНА

 

По Ньютону, система — это уже одно тело, движущееся в абсолютном бесконечном пространстве всеобъемлющего Творца равномерно и прямолинейно до тех пор, пока на это тело не подействует сила (первый закон механики) или два тела, действующих друг на друга с равными и противоположно направленными силами (третий закон механики); сама же сила считается просто причиной ускорения движущихся тел (второй закон механики), то есть, как бы существует сама по себе и неизвестно откуда берется. По Ньютону, все взаимодействия происходят мгновенно, то есть с актуально бесконечно большой скоростью; однако для обитателей физического мира мгновенных взаимодействий быть не может, поскольку 1/n(t)à 0 при n(t)à oo только в том случае, если tà oo.

Как же выглядит наш физический мир с точки зрения Творца (мудрость которого стремился постичь Ньютон), пользующегося подобными понятиями и законами,— так сказать, глядя “извне” на сотворенный им мир?

Если соударения тел происходят действительно мгновенно, то есть за актуально бесконечно малый промежуток времени, то эти тела никогда не могли бы и никогда не смогут находиться на конечных расстояниях друг от друга, а должны всегда составлять единое целое, существующее вне времени и пространства. Для вечного, всемогущего и всеобъемлющего Творца весь наш многообразный физический мир должен представляться бесконечно малой точкой, внутри которой не существует ни причинности, ни законов сохранения. С точки зрения Творца, наш конечный физический мир актуально бесконечно мал и поэтому нелокален — в нем все явления связаны, скоррелированы друг с другом, потому что происходят в одно и то же время, в одном и том же месте, в одной бесконечно малой точке. Но с нашей точки зрения как конечных обитателей физического мира (то есть при взгляде на него как бы “изнутри”), этот мир потенциально бесконечен и, следовательно, непрерывно расширяется (nà оо!), но не рассеивается, потому что его расширение сопровождается непрерывным творением, которое по научному мы называем эволюцией.

С точки зрения Творца, в физическом мире время строго обратимо. Действительно, если два тела сближались, а после соударения стали удаляться друг от друга, то, сняв этот процесс на кинопленку и, пустив фильм задом наперед (то есть, обратив время вспять), мы увидим, что тела стали двигаться в противоположных направлениях, а после соударения вернулись в точности на свои прежние места.

Но если Творца никто не спрашивает, — откуда он берет энергию, необходимую для обращения времени (ведь чтобы тело стало двигаться в противоположном направлении, на него должна подействовать сила, а чтобы создать силу, надо затратить энергию), потому, что, он, всемогущ, и, для, него, закон, сохранения энергии — не закон, то обитатели конечного физического мира принципиально ограничены в своих энергетических ресурсах, не могут произвести полного обращения времени и вынуждены скрывать свою слабость с помощью теории вероятностей.

Иначе говоря, наш физический мир необратим только потому, что он локален, конечен во времени и в пространстве и проблема возникновения макроскопической необратимости из микроскопической обратимости есть ложная проблема, проистекающая из неверного понимания смысла слов языка, на котором классическая механика говорит с природой.

БЕЛЛ, БОЛЬЦМАН И ДРУГИЕ

 

Согласно теореме Дж. Белла (см. “Химию и жизнь”, 1992, № 9, с. 80—84), всякая теория, выводы которой подтверждаются физическими экспериментами, не может быть одновременно локальной и детерминистской. Классическая механика описывает мир в духе строгого детерминизма и поэтому оказывается, по сути дела, нелокальной теорией, так как допускает возможность мгновенных взаимодействий. А классическая термодинамика локальна (иначе какой бы смысл имели законы сохранения?), и поэтому вероятностное описание происходящих в ней процессов, приводящее к выводу о существовании “стрелы времени”, оказывается совершенно неизбежным. Получается, что теорема Белла реабилитирует Н-теорему Больцмана!

А что можно сказать о термодинамике необратимых процессов, происходящих в системах, далеких от состояния термодинамического равновесия? Динамический хаос поддается строго детерминированному математическому описанию, и поэтому вся созидающая среда в целом, в которой он существует, должна быть нелокальной, а все происходящие в ней процессы должны быть скоррелированными, согласованными друг с другом, несмотря на отсутствие обычных физических связей (то есть обычных “сил”). Именно такая “телепатия” и наблюдается в колебательных реакциях типа Белоусова — Жаботинского!

Наконец, экспериментальная физика локальна, и поэтому ей приходится пользоваться для описания наблюдаемых явлений квантовой теорией и теорией относительности, не поддающихся истолкованию с точки зрения так называемого здравого смысла, требующего строго детерминированного взгляда на мир.

Наш мир столь сложен для восприятия только потому, что он познается человеком одновременно и с помощью разума, как бы “извне”, и “изнутри”, с помощью органов чувств, дополняемых различными приборами. В первом случае человек ставит себя в положение всемогущего Творца; во втором случае он оказывается лишь исчезающе малой и бесконечно слабой пылинкой.

Природа человека двойственна; двойственно и описание природы человеком. Одна часть человеческого бытия успешно описывается традиционной наукой; другая часть требует для своего описания искусства, религии или какого-либо еще неизвестного, но не механистического, а духовного способа постижения мира.

...Так, всего лишь уточняя смысл употребляемых слов и не затрагивая структуры научного языка, мы можем узнать кое-что новое и о природе, и о себе. А если читатель чего-то не понял, то да простит он сепулькария, насепулявшего так много туманных сепулек!

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Эволюционная теория:

драма в биологии

Член-корреспондент РАН Л. И. КОРОЧКИН

Сначала несколько слов по поводу публикации в журнале “Химия и жизнь” глав из книги выдающегося российского мыслителя П. А. Кропоткина “Взаимная помощь как фактор эволюции”. Безусловно, такая публикация весьма своевременна. Дело в том, что дискуссии, так или иначе касающиеся эволюционной теории, сегодня обрели как бы второе, если не третье, дыхание. На страницах научных изданий выступают представители разнообразных направлений — от последователей Ламарка до креационистов в самом их крайнем варианте. Однако споры ведутся зачастую беспредметно и носят скорее философский, нежели естественно-научный характер. Это связано с тем, что эволюционная концепция не может быть проверена на практике — ее нельзя экспериментально подтвердить или указать такие принципы проверки, которые бы ее опровергли. Например, если я работаю в области экспериментальной эмбриологии и утверждаю, что мезодерма зародыша индуцирует образование нервной трубки, то любой эмбриолог может воспроизвести мой опыт:

взять кусочек мезодермы, трансплантировать реципиенту и обнаружить формирование второй, дополнительной нервной трубки. Ничего подобного не сделать в области теории эволюции. Поэтому всякие эволюционные взгляды остаются на уровне гипотез, но, тем не менее, они имеют значение для формирования общей парадигмы биологического знания и в силу этого являются важным фактором развития биологии как науки.

Эволюционные взгляды П. А. Кропоткина относят к “еретическим”, поскольку они отличаются от господствующей сейчас так называемой синтетической теории эволюции, неверно именуемой иногда еще и дарвинизмом. Было время, когда на труды П. А. Кропоткина в этой области вообще смотрели как на что-то архаичное, замшелое.

Однако в последние годы к его идеям начинают проявлять интерес. Так, японский ученый К. Иманиши предложил теорию эволюции, очень похожую на кропоткинскую. Он тоже считает, что в основе прогресса живого мира — не борьба за существование, как предполагал Дарвин, а взаимопомощь (желающие могут ознакомиться с этими взглядами в статье В. Halstead "Anti-darwinian theory in Japan", "Nature", 1986, т. 317, с. 587—589).

Думаю, что не без влияния П. А. Кропоткина наш выдающийся генетик В. П. Эфроимсон, поддержанный затем Б. Л. Астауровым, Д. К. Беляевым, М. Д. Голубовским и другими, при-шел к заключению о роли альтруизма в развитии человеческого общества.

Следует вспомнить, что и концепция Дарвина встретила к себе отнюдь не однозначное отношение. Наряду с положительными откликами появились резкие критические замечания, причем со стороны самых выдающихся ученых того времени — Бэра, Гертвига, Келликера, Гиса. Категорически отверг дарвинизм создатель генетики Грегор Мендель.

Среди российских ученых тоже не было единодушия: с одной стороны, восторг К. А. Тимирязева, с другой,— гневная, но красивая отповедь Н. Г. Чернышевского, резкие возражения Н. Н. Страхова, глубокий критический анализ Н. Я. Данилевского. (Кстати, удивительно, что его книга “Дарвинизм” до сих пор не переиздана. В свое время я предлагал это сделать научному Совету по генетике и селекции АН СССР, но встретил резко отрицательную реакцию: мол, книга антидарвинистская, а потому не нужно ее переиздавать. Ситуация, подтверждающая мысль Пола Фейерабенда о том, что наука не отличается от мифа, — в обоих случаях жрецы ревниво охраняют свои догмы.)

П. А. Кропоткин, таким образом, лишь один из участников развернувшейся в биологии драмы...

В связи с этим хочу воспользоваться предложением журнала “Химия и жизнь” (написать послесловие к публикуемому тексту Кропоткина), с тем чтобы представить попытку анализа эволюционизма — как в историческом плане (развертывание идей во времени), так и с позиции современности.

Эволюционная идея сама по себе имеет очень древнюю историю: в разной форме мысли о последовательном появлении на Земле живых организмов с постепенно усложняющейся их организацией содержатся и в Книге Бытия, и в “Ригведе”, и в произведениях философов древнего Китая и Греции.

Вообще следует заметить, что закономерности эволюционного процесса могут быть выявлены в ходе анализа трех ключевых проблем.

Проблема первая: как возникает многообразие живого — из одного источника (монофилия) или из многих (полифилия)?

Вторая: каков характер возникновения этого многообразия — складывается ли оно медленно и постепенно (градуалистская концепция) или внезапно и быстро (сальтационная концепция)?

Третья: имеют ли эволюционные события случайный, ненаправленный, нецелесообраный характер (тихогенез) или они идут направленно, к определенной цели (номогенез)?

Ответы Ламарка и Дарвина на первые два вопроса совпадают. Достаточно взглянуть на таблицу Ламарка (“Философия зоологии”, т. 1—2), объясняющую происхождение разных видов животных, чтобы убедиться в его приверженности идеям монофилетизма и дивергент-ному принципу эволюции.

С этим же принципом тесно связана у Ламарка и Дарвина гипотеза о постепенном, медленном, градуальном характере эволюции.

Но вот в третьем пункте у них есть определенные, хотя, на мой взгляд, не такие уж существенные расхождения.

В отличие от Ламарка, Дарвин допускал участие в эволюции случайных изменений и тем самым отвергал телеологический принцип. Эволюция по Дарвину — ненаправленна, ее ход непредсказуем. Естественный отбор способен произвести такие формы, появление которых мы можем и не предвидеть.

По Ламарку, организм заранее нацелен на совершенствование и, следовательно, ведет себя более активно. Он — не глина, из которой природа лепит с помощью естественного отбора любые формы, лишь бы они были приспособлены к данным условиям среды. Он, организм, обладает некой собственной внутренней силой, позволяющей ему самому выбирать путь приспособления на основе присущего ему потенциала. Заметим, однако, что этот потенциал не безграничен, он допускает движение только в каких-то ограниченных пределах. То есть эволюция по Ламарку в известной степени телеологична.

Итак, на начальных этапах развития эволюционной теории ламаркизм и дарвинизм фактически не противостояли друг другу. Противостояние возникло позднее. И определила его генетика в ранний период своего становления.

Датский биолог Вильгельм Иогансен писал в начале нашего века, что “генетика вполне устранила основу дарвиновской теории подбора, которая не находит себе никакой поддержки в генетике”. Аналогичным образом обстоит дело с гипотезами, которые оперируют такими понятиями, как “наследственные приспособления”, “наследование приобретенных свойств” и тому подобными идеями, примыкающими к воззрениям Ламарка. А вот мнение основоположника современной генетики Т. Моргана: “...Естественный отбор не играет созидающей роли в эволюции”. Как было упомянуто, еще раньше категорически отверг дарвинизм Грегор Мендель.

Что же заставило этих великих ученых занять столь отрицательную позицию по отношению к дарвинизму и ламаркизму? Прежде всего, те открытия, которые вошли в генетику в качестве основополагающих ее постулатов.

Во-первых, генетики выделили два типа изменчивости: модификационную, ненаследственную, и | мутационную, наследственную. Наследуются только те признаки, которые возникают в результате изменений в генетическом материале, — то есть в результате мутаций. Те же признаки, которые возникают под воздействием условий внешней среды, не передаются потомству. Это — модификации, флюктуации.

Второй, чрезвычайно важный вывод, в корне изменивший прежние взгляды и вошедший в число фундаментальных положений генетики, предельно четко сформулировал Иогансен: “Главным результатом моей маленькой работы является то, что я считаю селекцию флюктуаций совершенно безрезультатной”.

Из этих двух заключений логически выводится третье: благоприобретенные признаки не наследуются. Бесчисленные попытки доказать возможность наследования таких признаков потерпели полный крах. Работы Штандфуса, Гаррисона, Тоуэра, Каммерера, Пржибрама, Дюркена в 20-е годы, а Лысенко с сотрудниками в 30—50-е, были экспериментально опровергнуты. В этих работах допускалась одна и та же ошибка: их авторы, игнорировали открытия Иогансена и использовали не чистолинейный, а неоднородный в генетическом отношении материал. (Кстати, были опровергнуты и недавние попытки американских иммунологов Горчинского и Стила показать возможность передачи по наследству некоторых приобретенных иммунологических свойств — см. “Nature”, 1981, т. 259, с. 678—681; т. 290, с. 508—512.)

Таким образом, с оформлением генетики как науки отрицание наследования приобретенных признаков было строго экспериментально обосновано и практически общепризнанно. А между тем учение о наследовании приобретенных признаков составляло теоретическую основу представлений и Дарвина, и Ламарка.

Генетики сформировали прямо противоположную концепцию наследственности, в самых общих чертах выдвинутую еще Августом Вейсманом, одним из крупнейших биологов XX века. Он провел резкую грань между сомой — совокупностью клеток, тканей и органов — и клетками зародышевого пути, содержащими зародышевую плазму. В ядрах половых клеток, в их специализированных структурах — хромосомах — собраны гены, носители наследственности, которые передаются от поколения к поколению. Какого-либо переноса частиц от соматических элементов к половым не существует. Таким образом, материальные основы наследственной и ненаследственной изменчивости, общие в теориях Дарвина и Ламарка, в генетике были разделены. Наследственны только те изменения, которые происходят в зародышевой плазме — в генах. Изменения, происходящие в соме, ненаследственны, это — модификации.

Четвертое, важное для судеб эволюционного учения положение генетики, было разработано голландским биологом Гуго де Фризом и русским ботаником С. И. Коржинским. Вот как это формулировал де Фриз:

1) новые элементарные виды возникают внезапно, без переходов;

2) новые формы появляются сбоку главного ствола;

3) новые элементарные виды по большей части вполне постоянны с самого начала своего возникновения;

4) некоторые из новых форм являются настоящими элементарными видами, тогда как другие носят характер ретрогрессивных разновидностей;

5) эти новые формы появляются обыкновенно в большом числе особей;

6) мутационная изменчивость не связана непосредственно с модификациями и независима от них;

7) мутации происходят почти во всех возможных направлениях;

8) способность к мутациям наступает периодически.

И, наконец, пятое принципиальное положение, привнесенное генетикой,— реабилитация понятия вида как такового: вид — не удобная выдумка биологов, а реальная сущность, имеющая достаточно четкие границы и характеризующаяся собственным набором морфофизиологических признаков (фенотипом).

Из изложенного совершенно очевидно, что взгляды родоначальников генетики на движущие факторы эволюционного процесса, в особенности на изменчивость и наследственность, существенно отличны от воззрений Ламарка и Дарвина. Тем не менее, в 30—50-е годы труда-ми Добжанского, Симпсона, Майра и других, была предпринята попытка примирить генетику с дарвинизмом. Так появилась синтетическая теория эволюции (СТЭ), создатели которой стремились обобщить все накопленные генетикой факты и в приложении к эволюционному учению объединить их с позиций Дарвина.

В самом общем виде постулаты СТЭ, касающиеся факторов эволюции, могут быть выражены следующим образом.

Изменчивость (подразумевается только наследственная): непрерывная (градуализм), случайная, ненаправленная (тихогенез) и возникающая из одного источника (монофилия) с дальнейшим расхождением форм (дивергенция).

Наследственность: ядерная, то есть хромосомная, внеядерная (ДНК митохондрий) и акариотическая (ДНК и РНК бактерий и вирусов).

Естественный отбор: выделены три его формы — движущая, стабилизирующая и центробежная.

Из этих положений следует, что СТЭ — как единой концепции — нельзя отказать в логической стройности и последовательности. Действительно, когда речь идет об особенностях наследственной изменчивости, то из СТЭ легко выводится классическая дарвинистская триада: градуализм, не направленность, монофилия. Напротив, в понимании наследственности СТЭ полностью использует положения классической генетики, категорически отвергая принцип Ламарка—Дарвина о наследовании приобретенных признаков. А вот дарвиновское учение о естественном отборе в СТЭ получило дальнейшее развитие: были выделены его отдельные формы, а в работах С. С. Четверикова и Э. Майра обнаружена видообразующая роль еще и географической изоляции.

Таким образом, в понимании закономерностей эволюционного процесса СТЭ вполне согласуется с ортодоксальным дарвинизмом (с поправкой на наследственный вариант изменчивости). В самом деле: возникая из одного источника, случайно и ненаправленно, изменчивость постепенно формирует расходящиеся формы — виды, а связность видов образует непрерывный ряд через промежуточные формы.

Насколько верно такое понимание хода эволюции? Однозначного ответа пока нет. Вероятно, в силу этого СТЭ, несмотря на ее популярность, не является общепринятой. Сложность, а порою и принципиальная невозможность проверки различных эволюционных гипотез допускает существование на паритетных началах нескольких альтернативных моделей эволюции, если они удовлетворительно описывают основные факты, относящиеся к процессу изменения живых форм в историческом развитии.

Так вот, на мой взгляд, основной логический недостаток СТЭ — в определенном разрыве между пониманием сущностей индивидуального развития, онтогенеза, и исторического развития, филогенеза.

Каковы принципы онтогенеза? По-видимому, это — целесообразность, направленность (закономерность) и квантованность.

Всякое индивидуальное развитие целесообразно, ибо события онтогенеза определенным образом организованы и направлены к достижению конкретной цели — формированию организма с однозначно характеризуемым фенотипом. Фенотип может отклоняться от некоего идеального образца в рамках, допущенных пределами нормы реакции, что задано генотипом.

Всякое индивидуальное развитие также и закономерно. Оно заключается в строго последовательном и направленном развертывании генетической программы в ряды молекулярных и формообразовательных событий, реализующих конкретный, записанный в генотипе план развития.

Всякое индивидуальное развитие скачкообразно, квантованно. Это не монотонный, постепенный процесс, а чередование быстрых качественных преобразований развивающейся системы. А теперь сравним две схемы.

Онтогенез: целесообразность — направленность (закономерность) — скачкообразность.

Филогенез: отсутствие целесообразности — не направленность (случайность) — постепенность.

Именно такова трактовка филогенетических процессов с позиций СТЭ.

Однако индивидуальное и историческое развития осуществляются на основе фундаментальных преобразований единой субстанции — ДНК. Поэтому едва ли реально представлять себе развертывание заключенной в ДНК наследственной информации принципиально разным способом в случаях онтогенеза и филогенеза. Допуская единство индивидуального и исторического развития — единство принципа, лежащего в основе того и другого,— логичнее распространить точно доказанные особенности индивидуального развития на оценку особенностей исторического развития. Такая экстраполяция позволяет выдвинуть постулат, согласно которому историческое развитие подчиняется тем же самым особенностям: целесообразности, закономерности, квантованности.

Это правило нашло отражение в эволюционных построениях Л. С. Берга, А. Б. Ивановско-го, М. Д. Голубовского, отчасти Ю. П. Алтухова, и в отношении филогенеза выглядит вполне логичным.

Итак, синтетическая теория, при всей ее заманчивости, вряд ли может быть признана единственно возможной основой эволюционного учения. И в связи с этим следует отметить концепцию номогенеза Л. С. Берга (Избранные труды. М.: “Наука”, 1977), постулаты которой альтернативны дарвинистским.

По Ч. Дарвину

По Л. С. Бергу

1. Организмы развились из одной или не многих первичных форм.

1. Организмы развились из многих тысяч первичных форм.

2. Развитие шло на основе случайных вариаций отдельных особей.

2. Развитие шло на основе закономерностей, захватывающих массу особей.

3. Развитие шло путем медленных небольших изменений.

3. Развитие шло скачками, параксизмами.

4. Наследственных вариаций много, и они идут по всем направлениям.

4. Число наследственных вариаций ограничено, и они идут по определенным направлениям.

5. Виды связаны друг с другом постепенными переходными формами.

5. Разные виды резко разграничены в силу скачкообразного происхождения.

6. Эволюция состоит в образовании новых признаков.

6. Эволюция состоит в значительной степени развертывании задатков.

7. Борьба за существование и естественный отбор являются факторами прогресса (эволюции).

7. Борьба за существование и естественный отбор —консервативный фактор, охраняющий норму.

1 Как легко заметить, в концепции номогенеза большое значение придается скачкообразным, внезапным изменениям. Основу таких изменений могут составлять системные мутации, которые коренным образом преобразуют процессы индивидуального развития и приводят к появлению так называемых “счастливых монстров” или “перспективных уродов” — организмов, существенно отличающихся от родительских.

М. Д. Голубовский, основываясь на открытии генетических подвижных элементов и много-численных данных генетико-популяционного анализа, предложил новую триаду факторов эволюционного процесса (взамен неодарвинистской: наследственность — изменчивость — отбор). Это: облигатный геном (ОГ) — факультативный геном (ФГ) — факторы среды (Молекулярные механизмы генетических процессов. М.: “Наука”, 1985, с. 146— [162).

Согласно этой гипотезе геном подразделяется на две части: облигатную, или постоянную (эквивалент наследственности в классической триаде), обеспечивающую консерватизм вида, и факультативную (эквивалент наследственной изменчивости), которая представляет собой совокупность подвижных генов. Они придают геному пластичность, то есть его направленное преобразование, и тем самым определяют возможность эволюции. Фактор, активирующий изменения ФГ,— внешняя среда, хотя характер ее воздействий на геном пока не ясен.

Мне, однако, представляется, что условия активности ФГ — не вне живой системы, а присущи ей. Иными словами, это не только (а может быть, не столько) внешняя среда. В качестве эволюционно значимой части генома правильнее рассмотреть, помимо ФГ, то есть совокупности генетически подвижных элементов, еще и те структуры генома, которым избирательно “сродственны” эти элементы. Ведь известно, что места их фиксации в геноме зачастую не случайны. Вероятно, подвижные гены активируют преобразования именно в тех частях генома, которые изначально предназначены для реализации этих процессов. Если это так, то план эволюционного развития фиксирован в геноме точно так же, как и план индивидуального развития, и осуществляется этот план благодаря специфическому взаимодействию подвижных элементов с определенной, предназначенной для этой цели частью генома (назовем ее “программирующим гномом” — ПГ).

Следовательно, взаимодействие типа ФГ+ПГ способно вызвать к жизни программированный, но не проявленный до того морфогенез, ибо, цитирую сам себя, “тот или иной морфогенез может быть не осуществлен не потому, что эволюционно не сформировалась его генетическая программа, а потому, что в генетическом материале содержатся элементы, тормозящие проявление этой программы. Удаление подобных элементов (а также их перераспределение в геноме) существенно преобразовывает функциональную организацию генома в целом, так что открываются новые морфогенетические пути. На основе измененного типа онтогенеза возни-кают организмы с новыми фенотипическими признаками, которые можно считать соответствующими “многообещающим монстрам”... Именно такие организмы и дают начало новым видам и родам” (Л. И. Корочкин. Генетика развития и некоторые молекулярные моменты эволюции. М.: 1984, вып. 9, с. 75—82).

Таким образом, ОГ обеспечивает полиморфизм, разнообразие, но лишь в пределах данною вида, то есть изменения в ОГ не затрагивают набора видоспецифических характеристик. А вот взаимодействия ПГ+ФГ вызывают эффективные изменения уже не отдельных признаков, а генома в целом, переводя его на новый структурно-функциональный уровень и выводя за пределы данного вида. Так появляются новые виды. Отсюда правильнее подразделять геном не на две, а на три части: облигатную, факультативную и программирующую.

Эти три относительно автономные части генома составляют в то же время неразрывное единство, и функция генома в целом определена взаимодействием всех его компонентов.

Итак, можно подвести итог, сделав тривиальное заключение: современное состояние эволюционного учения отнюдь не простое, и наряду с ортодоксальным направлением, неодарвинистским, “синтетическим”, существуют взгляды, так или иначе, им противоречащие. В целом это хорошо. Время догматизма в эволюционной биологии себя исчерпало. В конце концов, наблюдаемые сегодня очевидные успехи молекулярной генетики, генетики развития, равно как и становление серьезных социобиологических подходов, создают реальные предпосылки к постепенному ограничению числа эволюционных гипотез — теперь уже на строго научной основе. А это, хочется верить, означает, что до истины не так далеко. И у эволюционизма — этой перманентной драмы биологии — все-таки будет всех примиряющий финал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Парадокс миллиона обезьян

Доктор биологических наук Б.М. МЕДНИКОВ

Оро: Как сказал один шутник,

по теории вероятностей

мы все должны быть мертвецами

. Тем не менее мы живы.

Чаргафф: Но мы все-таки умрем.

Мора: В том-то и беда.

Из дискуссии на Флоридской конференции по происхождению жизни

Сейчас, когда секвенированы, иными словами, прочитаны, уже тысячи последовательностей белков и кодирующих их генов, становится ясным, что гены — не что иное, как случайные последовательности из четырех нуклеотидов, которые чередуются в разных комбинациях. Лишь в незначительной части эти последовательности отредактированы естественным отбором для лучшего исполнения своих функций. Такая корректировка не скрывает явных следов случайного, стохастического возникновения последовательности исходной. Но мог ли ген, скажем, гемоглобина или цитохрома С возникнуть случайно?

Вообще-то эта проблема отнюдь не нова. Философы еще в древности задавались вопросом: возможно ли возникновение достаточно сложной структуры в результате случайных, стохастических процессов? И все давали отрицательный ответ. Еще Цицерон полагал, что из случайно брошенных знаков алфавита не могут сложиться “Анналы” Энния. Через полторы тысячи лет ему вторит Жан Жак Руссо: “Если мне скажут, что случайно рассыпавшийся типографский шрифт сложился в “Энеиду”, я и шагу не сделаю, чтобы проверить эту ложь”.

Теперь эту проблему называют “парадоксом миллиона обезьян”: за сколько лет миллион обезьян, посаженных за пишущие машинки, напечатают полное собрание сочинений Шекспира или хотя бы одного “Гамлета”?

“Обезьяний парадокс” переходит из одного философского трактата в другой. Странно, что никто не задавался вопросом: может ли миллион людей, никогда о Шекспире не слыхавших, написать “Гамлета”? Отсюда недалеко до вопроса: а мог ли “Гамлета” написать сам Шекспир, если даже миллиону людей это не под силу? И применима ли вообще теория вероятностей к этой категории явлений?

Как видите, начав с вопроса о случайности сочетаний знаков в нуклеотидных последовательностях, мы пришли к проблеме философской, если хотите, гносеологической, затрагивающей коренные тайны мироздания.

Еще в 1936 г. Н. К. Кольцов писал, что вероятность случайного возникновения полипептида из 17 аминокислотных остатков (гептакайдекапептида) равна одной триллионной, и сделал из этого совершенно правильный вывод: гены синтезируются не заново, а матричным путем. Но как возникла первая матрица? Как говорила фонвизинская госпожа Простакова: “Один учился, другой учился — да первоет портной у кого учился?”

Хватает ли времени на возникновение первого гена — протогена — случайным путем, стохастическим перебором нуклеотидов? Напомню, что солнечная система — Солнце со всеми планетами — сформировалась, по самым последним оценкам, 4,6 млрд. лет назад (плюс-минус 0,1 млрд.). Первые следы жизни на Земле имеют возраст более 3,8 млрд. лет. Добавлю и то, что в периоде становления — а это значительный срок — наша планета явно не годилась для возникновения жизни.

Подобные соображения время от времени воскрешают гипотезу о внеземном, космическом происхождении жизни. Эта гипотеза панспермии еще в прошлом веке была выдвинута Сванте Аррениусом, и суть ее можно выразить так: в вечной и бесконечной Вселенной жизнь так же вечна и бесконечна; споры, микроорганизмы — эти зародыши жизни — могут покинуть родную планету и давлением света транспортируются Бог весть, куда — от планеты к планете, от звезды к звезде. У нас к идее панспермии склонялся В. И. Вернадский.

Мне эта гипотеза не очень нравится. Пусть во Вселенной, хотя бы в одной нашей Галактике, миллионы планет. Исчезающе малую вероятность возникновения жизни (то есть протогена) на одной из них нужно умножить на столь же малую величину — вероятность благополучного межзвездного перелета. Это только видимость решения проблемы. Кроме того, похоже, что и всей Вселенной не хватает для возникновения жизни. Манфред Эйген подсчитал, что вероятность возникновения одного лишь белка — цитохрома С, состоящего примерно из ста аминокислотных остатков,— 10-130 (10 минус сто тридцатой степени), а во всей Вселенной хватит места лишь для 1074 (10 в семьдесят четвертой степени) молекул (при условии, что все планеты, звезды и галактики состоят из вариантов молекул цитохрома).

Как видим, положение все более драматизируется. Получается, что все мы живем вопреки теории вероятностей — так сказать, не прописанными во Вселенной. Нас не должно быть вообще!

Выход из сложившегося положения попытался найти Фрэнсис Крик. В 1982 г. он совместно с Л. Орджелом издал книгу “Жизнь как она есть, ее происхождение и природа”. К сожалению, на русский язык она не переведена, хотя я горячо рекомендовал ее издательству “Мир”. И не потому, что разделяю фантастическую гипотезу Крика,— как раз наоборот. О чем же говорится в этой книге?

Сначала Крик драматизирует положение. Он исходит из того, что первичный полипептид, кодируемый протогеном, имел 200 аминокислотных остатков, а не 100, как у Эйгена. Тогда вероятность его возникновения 10-260 (это десятичная дробь с двухсотшестыодесятью нулями после запятой). Далее он напоминает, что и Вселенная, в том виде, в каком она есть, не вечна. Большинство космологов сейчас считают, что она продукт “Big Bang” — “Большого взрыва”, разметавшего все планеты, звезды и галактики, прежде сжатые в предельно малом (атомных размеров!) объеме.

Когда произошел Большой взрыв? Прежние расчеты по скорости разбегания галактик и энергии реликтового радиоизлучения давали неточные и завышенные величины возраста Вселенной. Теперь она уточнена — по соотношению в звездах радиоактивного тория (период полураспада 14 миллиардов лет) и стабильного неодима. Оказалось, что возраст самых старых звезд — не выше одиннадцати миллиардов лет. Значит, для возникновения жизни не хватает не только пространства, но и времени. Ведь Вселенная лишь примерно вдвое старше Солнечной системы.

Крик также склоняется к неземному происхождению жизни. Но он физик и потому понимает слабости гипотезы панспермии. Конечно, давление солнечного света может придать споре микроорганизма третью космическую скорость, но оно же будет отталкивать от звезды “чужие” микрочастицы. За миллионнолетние странствования гены неизбежно разрушатся космическим излучением. Разумеется, споры могут быть экранированы от него, например в метеоритах, но метеорит из-за большой массы не получит нужного ускорения давлением света. Да и вероятность того, что спора, ускоренная наугад, долетит до звезды с подходящими планетами, чересчур уж мала. Вероятность, что выстрел вслепую со стратосферного лайнера поразит, например, белку в глаз, намного выше. Конечно, за большой промежуток времени может произойти и маловероятное событие. Но времени-то у нас как раз и не хватает.

И Крик выдвигает гипотезу направленной, управляемой панспермии.

Предположим, пишет он, на какой-то из многочисленных планет во Вселенной миллиарды лет назад возникла некая сверхцивилизация. Ее носители, убедившись в том, что жизнь – штука редкая, возможно, уникальная, захотят распространить ее как можно шире (это утверждение мне не кажется обоснованным). С этой целью сверхцивилизация начинает рассылать по всем направлениям, в свою и чужие галактики, автоматические ракетные корабли. Двигаясь со скоростью хотя бы 0,0015 % скорости света (около 3 миль в секунду), они в среднем за 1000 лет достигнут ближайших систем с планетами и рассеют в их атмосферу пакеты с “пассажирами”.

Такими пассажирами могут быть лишь замороженные и высушенные микроорганизмы. Они устойчивы к излучениям и перенесут сверхдлительный космический перелет. Добавлю, что они устойчивы и к огромным ускорениям, так что эти гипотетические корабли могут набирать скорость самым экономичным путем — взрывным ускорением в сотни g. Если условия на поверхности новой планеты окажутся пригодными, начнется стремительное размножение — и последующая эволюция, вплоть до появления человека.

А что значит пригодные условия? Мы знаем микроорганизмы, живущие без кислорода, в горячей серной кислоте, использующие в качестве источника энергии серу и восстановленные металлы. Многие земные бактерии, похоже, отлично выживут на Марсе или хотя бы на полюсах Венеры.

И Крик вспоминает старый спор между физиками-атомщиками Энрико Ферми и Лео Сциллардом (сам Крик ушел из атомной физики после бомбы). Сциллард был горячим сторонни-ком сверхцивилизаций, рассеянных по космосу, и скептик Ферми спросил: “Если их много, почему мы их не видим и не слышим? Где же они?” И Крик полагает, что нашел ответ: “Они — это мы, вернее, мы — их сверхотдаленные потомки. В будущем мы, возможно, подхватим эту эстафету”. (Крик подсчитывает, что даже наши современные космические корабли долетят до туманности Андромеды за 4 млрд. лет, когда от нашей цивилизации не останется даже праха.)

Любопытно, что у Крика есть предшественники. Он сам упоминает, что сходные мысли высказывал Дж. Б. С. Холдейн, удивительный человек с разностороннейшими знаниями — математик, физиолог, биохимик, генетик — и поэт в душе. В свою очередь могу назвать, по крайней мере еще одного. Советский инженер и фантаст Г. И. Бабат выдвинул эту идею в послевоенные годы в неоконченном фантастическом романе “Потерянная Вселенная” (естественно, Крик не знал об этом)...

Вот вкратце основная идея написанной с блеском и эрудицией книги Фрэнсиса Крика и Лесли Орджела. Недаром К. Саган, редактор этой книги, ведущий американский космобиолог, назвал ее “стимулирующей и провоцирующей, развлекающей и восхищающей”. Да только обоснована ли она?

Скажу прямо, доказательства космического происхождения жизни, выдвигаемые Криком и Орджелом, немногочисленны и неубедительны. Первое из них — повышенное по сравнению со средней концентрацией для общей массы Земли содержание молибдена в живых организмах. Молибден входит в состав ряда ферментов, например нитрогеназы микроорганизмов, связывающих атмосферный азот. Это ключевой фермент, делающий жизнь на Земле возможной. И Крик с Орджелом заключают: мы все эмигранты с богатой молибденом планеты. Но Морисабуро Эгами показал, что относительные единицы количества (кларки) для живой при-роды и морской воды по молибдену совпадают. Так что молибденовый след ведет не в космос, а в земной океан.

Второй довод Крика — внезапное возникновение микроорганизмов 3,8 млрд. лет назад. Увы, этот довод в равной мере годится для всех форм жизни, включая человека. Внезапность — артефакт, обусловленный спецификой палеонтологической летописи. Она всегда констатирует широкое распространение формы (“торжествующую обыденность”), а не процесс ее становления. Принцип телевидения и первые успешные попытки его применения известны с 20-х годов, но археологи будущего найдут первые обломки телевизоров, скорее всего, в слоях 50-х и ими датируют его внезапное возникновение. А на деле никакой внезапности не было.

Но главное не в этом. Самое досадное, что красивая гипотеза Крика не помогает. Даже призвав на помощь все планеты Вселенной, мы лишь в ничтожной мере повысим сверхкороткую вероятность возникновения протогена. Из исчезающе малой дроби (10 минус 260 степени) срежется каких-нибудь пятьдесят нулей после запятой — ни времени, ни места по-прежнему не хватает. Так что, по известному изречению Н. Бора, эта гипотеза недостаточно безумна, чтобы быть верной.Пожалуй, до конца пошел в этом вопросе лишь астроном и математик Налин Чандра Викрамасингх (Шри - Ланка). Его исходные положения те же: жизнь не может возникнуть случайным путем. Для жизни нужно возникновение около 2000 ферментов — число пробных комбинаций 10-40000 (сорок тысяч нулей после запятой!).

Вывод Викрамасингха: “Скорее ураган, проносящийся по кладбищу старых самолетов, соберет новехонький суперлайнер из кусков лома, чем в результате случайных процессов возникнет из своих компонентов жизнь” (“Размышления астронома о биологии”. Курьер ЮНЕСКО, июнь 1982).

Но ведь происхождение жизни как-то надо объяснить? И Викрамасингх объясняет (или полагает, что объясняет, хотя это не одно и то же): “Свои собственные философские предпочтения я отдаю вечной и безграничной Вселенной, в которой каким-то естественным путем возник творец жизни — разум, значительно превосходящий наш”.

Дальше уже некуда. К чему мы пришли, начав со статистических подсчетов, в принципе не отличающихся от тех, которые расхолаживают мечтателей, желающих сорвать банк в Монте-Карло? Да к тому, что было сказано гораздо лучше и гораздо раньше: “Земля же была безвидна и пуста, и тьма над бездною, и Дух Божий носился над водою” (Бытие, 1, 2). “Естественный” путь возникновения творца жизни — не что иное, как стыдливая оговорка. Викрамасингх вспоминает, что он все-таки естествоиспытатель.У нас есть выбор. Можно, конечно, согласиться с астрофизиком из Шри-Ланки и на этом покончить с разгадкой происхождения жизни. А можно рассмотреть такую проблему: все статистические выкладки, приводящие к чудовищному количеству вариантов и, следователь-но, к ничтожно малым вероятностям спонтанного возникновения протогена, верны. Вот только применимы ли они?

Полагаю, все читатели согласятся с тем, что повторить создание “Гамлета” не под силу не только миллиону обезьян, но и миллиону людей с пишущими машинками. Но — последний риторический вопрос: мог ли существовать театр, если бы “Гамлет” не был написан? Ведь в бурный елизаветинский век Шекспир мог бы попасть не в “Глобус”, а, скажем, в экипаж к Фрэнсису Дрейку и сложить свою буйную голову в кругосветке “Золотой лани”. Ясно, что мы имели бы театр без шекспировских пьес и не переживали бы по поводу их отсутствия. Ибо нельзя скорбеть по тому, что не появилось на свет.

И М. Эйген со своим примером — цитохромом С, и Ф. Крик с гипотетическим ферментом, и Н. Ч. Викрамасингх в расчетах исходят из того, что имеется только один пригодный вариант цитохрома С, по единственному варианту каждого фермента и так далее — то есть, не будь “Гамлета”, и театра не было бы. А ведь это не так. Если вариантов множество (а их практически бесконечность), то и полипептидов, пригодных для работы, например в качестве фермента, так же должно быть практически бесконечное число.

Это утверждение допускает экспериментальную проверку. Если мы правы, то полипептиды, в которых аминокислотные остатки чередуются случайным образом (стохастические полимеры), должны проявлять биологическую активность. Как только стохастический полимер смог проявить ферментную активность при синтезе своей же матрицы — протогена, возникновение жизни можно было бы считать завершенным. Пусть эти полимеры работали хуже современных ферментов — не так эффективно и специфично. Но на то и отбор, чтобы корректировать их последовательности, совершенствуя функции.Вот хороший пример: есть целая группа ферментов — сериновые протеазы, расщепляющие белки по амидным связям.

Установлено, что активность их определяется наличием в последовательности тройки: сергис - аспартат — только тогда белок ускоряет расщепление (реакцию протеолиза) в 10 миллиардов раз против контроля. Если же мы будем убирать из последовательности сначала серии, потом гистидин, потом аспартат, активность соответствен-но будет снижаться в 2 • 106, 2 • 106 и 3 • 104 раз. Но и без магической тройки она не исчезнет, не будет нулевой.

Отсюда следует, что в достаточно большой и разнообразной совокупности случайно синтезированных полимеров можно найти такие, которые смогут выполнять функцию любого бел-ка, например фермента,— такие опыты уже были поставлены. Американский исследователь X. С. Фоке смешивал сухие аминокислоты и нагревал их до 200°; в результате получались полипептиды - цепочки из аминокислотных остатков, практически неотличимые от белков малой молекулярной массы. Мономеры в этих полимерах были распределены совершенно случайно, и в этой смеси, вряд ли можно было найти две одинаковые молекулы. По-видимому, такие соединения — протеиноиды — легко возникали на начальном этапе существования Земли, например на склонах вулканов.

Фокс и его сотрудник Л. Бахадур проверили, может ли смесь протеиноидов работать как фермент. Оказалось, что она проявляла активность, имитирующую функцию ферментов пирофосфатазы, каталазы, АТФазы. Другие исследователи, многократно проверив опыты Фокса, пришли к выводу, что подобная смесь может имитировать функцию практически любого фермента. Возможно, что протеиноиды катализировали синтез первых генов — матриц, на которых синтезировались уже настоящие белки, но тоже со случайными последовательностями. Как только среди них нашлась одна, способная ускорить синтез и репликацию своей матрицы — нуклеиновой кислоты, труднейшая проблема происхождения жизни была решена.

Для этого не требовалось сверхастрономического числа Вселенных и вмешательства сверх-разума. В опытах Фокса участвовало не 10230 молекул, а существенно меньше — 1023,— одного моля, как говорят химики. Для возникновения жизни вполне хватило бы случайных химических реакций в достаточно большой грязной луже, вроде той, которую воспел Гоголь в “Миргороде”.

Многие из читателей предпочли бы быть потомками божественного разума или же продуктом деятельности сверхцивилизации. Заключение, приведенное выше, их, конечно, покоробит. Поэтому в утешение подскажу единственный способ опровергнуть меня. Надо посетить несколько планет земного типа из других звездных систем. Вполне возможно обнаружить на некоторых из них, хотя бы на одной, жизнь. Вот если тамошние гены и кодируемые ими белки будут гомологичны генам и белкам земных организмов, я приму идею Творца.

Пока мне это не грозит: мы знаем, что и на Земле один и тот же ген не возникал дважды, как не было написано дважды любое литературное произведение, тот же “Гамлет”. Только Остап Бендер удосужился сочинить" заново стихотворение Пушкина, но это, как вы понимаете, не может быть доказательством.

Так что же — Бога нет?

Мы ни в чем не знаем меры, и сейчас за атеизм приходится, чуть ли не извиняться. Но ничего не поделаешь: идея Бога, идеи любых религий реальны лишь как составляющие мемофондов той или иной цивилизации. В каком-то смысле человек могущественнее Бога: он может обойтись без него, а не наоборот.И лучше всего о взаимоотношениях естествоиспытателя и Творца сказал Б. Брехт в пьесе “Жизнь Галилея”. Ученик Галилея, рассмотрев гелиоцентрическую модель солнечной системы, задает недоуменный вопрос:

“Но в твоей системе нет Бога. Где же Бог?”.

Помню чеканный ответ Галилея-Высоцкого: “В нас — или нигде”.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Генетика этики

В. П. эфроимсон

Любовь к самому себе — это единственный роман, длящийся пожизненно.

О. Уайльд

1. О ЕСТЕСТВЕННОМ ЭГОИЗМЕ

Если существование диких хищных животных представляет собой непрерывную борьбу всех против вся, то естественный отбор среди них действительно непрерывно ведет к усилению хищнических инстинктов. Если такой же характер имел отбор в ходе эволюционного формирования человечества, то логически неизбежен вывод, что этические начала у человека порождаются лишь воспитанием, религией, верой, убежденностью, то есть целиком приобретаются в ходе его индивидуального развития и поэтому ненаследственны.

В таком случае вспышки массовой жестокости следует рассматривать как возврат к до-человеческим животным инстинктам, к первобытным, звериным, из века в век подавляемым, но естественным свойствам. Действительно, с точки зрения элементарного здравого смысла и ходячего представления о естественном отборе господствующим инстинктом у человека должен быть инстинкт самосохранения и стремление к личной выгоде. Эти стремления могут ограничиваться лишь разумом и страхом, диктующим такие нормы поведения, которые избавляют от карающих законов и опасной вражды окружающих. Отсюда кажутся естественными все совершаемые втайне и направленные на личную выгоду поступки.

Эта логическая теория, обстоятельно изложенная Чернышевским, выводит все поведение человека из созданного отбором естественного и почти абсолютного эгоизма. Подкупая своей простотой, самоочевидностью, она может служить прекрасной идеологической базой — впрочем, по большей части для тех, кто, резервируя ее для личного употребления, для окружающих исповедует в качестве защитной какую-либо другую идеологию.

Но если инстинкт самосохранения главный, то все прочие инстинкты и эмоции, все пронизывающие историю факты верности дружбе, массового героизма и самоотвержения, возрождения общечеловеческих этических принципов почти сразу после снятия различных форм сверхдавления,— тогда эти факты являются лишь результатом отказа от естественных чувств, инстинктов и эмоций. Однако теория разумного эгоизма — как естественной основы этики человека — опровергается развитием чувства справедливости даже и у таких детей, которых воспитывали в духе устремления к благополучию, во что бы то ни стало. Теория разумного эгоизма опровергается быстрым распространением религий и мировоззрений, требовавших немедленного самопожертвования во имя блага будущих поколений, в частности мировоззрений, не обещавших своим приверженцам ни благ на земле, ни загробной компенсации. Будучи совершенно искренней, идея справедливости оказалась чрезвычайно регенерационноспособной, фениксом, возрождающимся из пепла.

Как сочетать с теорией разумного эгоизма, например, отречение французской знати от своих вековых привилегий? Или попытку русских аристократов-декабристов провести в столь опасных условиях лично им невыгодную революцию? Как сочетать с этой теорией поддержку революционных партий почти всей русской интеллигенцией? Неужели революционеры всех времен и народов жертвовали собой из личных интересов или честолюбия? Почему перед мобилизацией или боем ловчат только единицы? Неужели массовая запись добровольцев на опасную войну связана лишь с воспитанием или является своего рода брачным оперением?

Но если все это является выражением какого-то естественного альтруизма, то откуда этот естественный альтруизм появился?

 

2. ЭТИКА СТАИ

Добыча Стаи — для Стаи, ты волен на месте поесть.

Смертная казнь нечестивцу, кто кроху посмеет унесть!

Право Щенка-одногодка — досыта зоб набивать

Добычей Стаи, и Стая не смеет ему отказать.

Право Берлоги — за Маткой: у всех однолеток своих

С туши четверку взимает она для прокорма щенков молодых.

Р. Киплинг

Никто не станет оспаривать, что готовность матери и отца рискнуть жизнью, защищая свой помет или детеныша, порождена не воспитанием, не благоприобретена, а естественна, заложена в родительской природе. Но родительское чувство у животных длится лишь тот срок, на протяжении которого детеныш и помет нуждаются в помощи и охране родителей. Следовательно, этот инстинкт действует лишь постольку, поскольку он способствует сохранению потомства и передаче наследственных особенностей родителей.

Наоборот, отсутствие родительских инстинктов начисто отметает родительские генотипы, и потому естественный отбор сохранял, усиливал и совершенствовал родительские инстинкты. Но уже у стадных животных этот тип альтруизма распространяется за пределы семьи и охватывает стаю, стадо, которые иначе, в отсутствии чувства взаимопомощи и долга у ее членов, обречены на быстрое вымирание, ибо у многих видов животных только стая, а не пара родителей, способна одновременно осуществлять систему сигнализации об опасности, систему защиты и откорма детенышей. Если отсутствует передача опыта родительским примером, то стадно - стайные инстинкты тем более оказываются наследственно закрепленными, точно так же, как защитная окраска, наличие когтей и других средств самообороны.

В стаде бабуинов мать с ребенком пользуется большой дружбой других животных, а самцы защищают матерей многие недели после рождения детеныша. Коллективно заботятся о детенышах гелады, а во время тревоги детеныши, обычно бродящие в стаде далеко от матерей, прыгают на спину любого животного, несущегося в укрытие. Серьезная координация, необходимая для охоты, требует уже развитой системы связи, и у человека она начинается с питекантропа.

 

3. С ЧЕГО НАЧИНАЕТСЯ ЧЕЛОВЕК И... ЧЕЛОВЕЧНОСТЬ?

 

Если я не для себя, то кто же за меня? Но если я только для себя, то зачем я? И если не теперь, то когда же?

Гиллель

Нет уз святее товарищества! Отец любит свое дитя, мать любит свое дитя, дитя любит отца и мать. Но это не то, братцы! Любит и зверь свое дитя. Но породниться родством по душе, а не по крови, может один только человек.

Н. В. Гоголь

 

Эволюция вида одновременно идет в разных направлениях, но с разной скоростью. Гемоглобин человека отличается от гемоглобина гориллы лишь одной аминокислотой из 247, и, вероятно, таков же уровень различий других биомолекул. От австралопитеков и питекантропов раннего палеолита нас отделяет 500—200 тыс. лет, от неандертальцев среднего палеолита — 200—40 тыс. лет, а современный человек появился 40—13 тыс. лет назад (поздний палеолит); от мезолита и неолита нас отделяют 13—5 тыс. лет, и примерно 5 тыс. лет длится историческая эра. Одно поколение составляет около 25 лет, и мы отделены от нашего звероподобного предка всего десятком тысяч поколений отбора. Но что же мог за это время сделать отбор?

Эволюция вида идет направленно, по определенному видовому каналу, и, например, тутовый шелкопряд под влиянием отбора способен за десяток поколений пройти наследственный сдвиг от огромной бабочки с коконом, весящим 3 грамма, до карликового теплолюбивого отродья, с весом в 6—7 раз меньшим и в три раза ускоренным развитием. Иными словами, наличие такого видового канала обеспечивает не только сверхбыструю эволюцию, но и эволюцию коррелированную, согласованную по целым системам признаков. Не так много лет потребовалось, чтобы из тапирообразной морды вырос хобот слона, и чтобы сформировалась шея жирафа, отдавшая в его распоряжение всю листву, недоступную другим животным.

Когда наш предок начал ходить на задних лапах, а передние лапы стали руками, появились орудия, стремительно рос мозг, слагался совершенно новый канал коррелированного сверхбыстрого эволюционирования, канал, предуказанный длительной беззащитностью детеныша. Эта беспомощность, беззащитность детеныша связана с прогрессирующей кортиколизацией мозга, перемещением функций из стволовой части в кору.

Параллельно эволюционному росту мозга все более удлинялся срок беременности, а главное, срок беспомощности детенышей, в течение которого они нуждаются в охране не только родителей, но и всей стаи. У самых примитивных племен детеныш до шести лет совершенно неспособен к самостоятельному существованию, к добыванию пищи, к обороне, и даже у индейцев он лишь в девять лет становится способным к самостоятельной охоте. Непрерывная охрана, непрерывная подкормка детей и беременных, численность которых составляла не меньше трети стаи, могла осуществляться только стаей в целом, скованной в своей подвижности этой массой беспомощных носителей и передатчиков ее генов. И если эволюция человека, начиная от питекантропа, оставила следы в виде постепенно меняющихся скелетов, то в отношении наследственных инстинктов и безусловных рефлексов человек должен был дальше отдалиться от питекантропа, чем выводковые птицы от гнездовых.

В долгий период палеолита и неолита, когда территориальная разобщенность племен быстро обрывала распространение таких по преимуществу человеческих инфекций, как чума, холера, оспа, корь, дизентерия, тифы, когда женщина рождала 10—15 детей, а из них доживало до зрелости лишь двое-трое, тогда выживание племени главным образом зависело от защиты против хищников, охраны и прокорма детенышей. Лишь при прочной внутриплеменной спайке потомство могло дожить до возраста самостоятельности. Зато сохранение хотя бы половины “поголовья” на протяжении четырех-пяти поколений порождало взрыв размножения сам - сто, сам - двести, и инстинкты, которые мы позднее назовем альтруистическими, могли распространяться на значительные пространства. Стаи дочеловеков и племена могли не конкурировать друг с другом, но все равно природа безжалостно истребляла тех из них, в которых недостаточно охранялись беспомощные дети... и старики.

Стаи и стада дочеловека могли существовать и без каких — либо коллективистких и альтруистических инстинктов. Они могли побеждать и даже плодиться без них. Без этих инстинктов они только не могли выращивать свое потомство, а, следовательно, не могли передавать свои гены и вымирали, образуя бесчисленные тупики эволюции. Выживать могли лишь сообщества с инстинктами и эмоциями, направленными не только на личную защиту, но и на защиту потомства, на защиту стаи в целом, защиту быструю, молниеносную, инстинктивную. В условиях доисторических и даже исторических наличие таких инстинктов должно было проверяться естественным отбором почти непрерывно.

Но могли ли эти инстинкты ограничиваться лишь заботой о потомстве или же становление человечества неизбежно было связано с естественным отбором на альтруистические инстинкты гораздо более широкие?

4. ЭТИКА КАК ПРОДУКТ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА

И в концлагере бывают минуты счастья. Этого не понять живущим на воле, как им не понять и силу дружбы, связывающей хефтлингов.

М. Майерова Естественный отбор на этические эмоции

Круг инстинктов и безусловных рефлексов, необходимых для сохранения потомства,— огромен. Требуется не просто храбрость, а храбрость жертвенная, сильнейшее чувство товарищества, привязанность не только к своей семье, но и ко всем детенышам в целом, необходимость защиты беременных самок. Причем в условиях постоянного нападения хищников многие из этих рефлексов должны были срабатывать молниеносно.

Конечно, нелепо представлять себе эволюцию человека только как путь совершенствования того начала, которое можно назвать этическим. Во многих ситуациях избирательно выживал и оставлял больше потомства тот, в ком довлел инстинкт самосохранения, чистый эгоизм. Борьба внутри стаи или племени за добычу, за самку сопровождалась отбором на хищнические инстинкты; например, вождь в современном южноамериканском племени оставляет в 4—5 раз больше детей, чем рядовой охотник. Однако племя, лишенное этических инстинктов, имело, может быть, столь же мало шансов оставить потомство, как племя одноногих, одноруких или одноглазых. И если в ходе эволюции, направляемой по каналу церебрализации, неизбежно возрастал до гигантских размеров резервуар памяти, то столь же неизбежно и быстро росла та система инстинктов и эмоций, которую мы называем совестью.

Под названием “совесть” мы будем понимать всю ту группу эмоций, которая побуждает человека совершать поступки, лично ему непосредственно невыгодные и даже опасные, но приносящие пользу другим людям.

Если отбор повел человечество по пути создания эмоционального комплекса совести, то это вовсе не значит, что он не шел параллельно на разнообразие, в том числе на эгоизм, и развивающееся общество неизменно создавало такие социальные ниши, в которых усиленно размножались и антисоциальные генотипы. Однако комплекс этических эмоций и инстинктов, подхваченный отбором в условиях той специфики существования, в которую заводила человечество его церебрализация, оказался необычайно широким и сложным, причем многие противоестественные с точки зрения вульгарного дарвинизма виды поведения на самом деле совершенно естественны и наследственно закреплены. Наследственно закрепляются, разумеется, не эмоции вне времени и пространства, а нормы реакции, системы восприятия и преломления в психике потока информации, поступающей в мозг с момента рождения.

То есть это способность воспринимать информацию с позиций самосоздающихся этических критериев, необычайно важных для сохранения группы, стаи. Например, на первый взгляд может показаться, что естественный отбор среди самцов, мужчин должен был идти по признаку максимальной сексуальности. Но так ли это?

Отбор, идущий по плодовитости, а не по сексу

Лишь иногда, средь оргии победной,

Я вдруг опомнюсь, как лунатик бледный,

Затерянный в кругу своих путей.

Я вспомню, что, ненужный атом,

Я не имел от женщины детей

И никогда не звал мужчину братом.

Н. Гумилев