Несмотря на то что пока не удалось построить эволюционное дерево, а лишь одну его ветвь с очень небольшими, быстро отмирающими ответвлениями, эта работа показала реальную возможность имитации макроэволюционного процесса уже на современной вычислительной машине. Стремительное развитие вычислительной техники служит залогом того, что в самом ближайшем будущем станет возможным модельное изучение эволюции гораздо более сложных биологических систем.
Так, совместно с доктором биологических наук Б. М. Медниковым нам удалось создать математическую модель эволюции позвоночных животных.
В начале программы, предложенной ЭВМ, в море обитало низшее позвоночное существо, похожее на современного ланцетника, — без черепа, мозга, заботы о потомстве. Предполагалось, что и море, и пресные воды, и суша имели соответствующий запас пищи: растений и членистоногих.
ЭВМ показала, что в результате изменений и отбора из существа, подобного ланцетнику, возникли рыбообразные с челюстями, с хрящевым, а затем и с костным скелетом. Некоторые из них имели панцирь. Те, кто из моря перешел в пресные воды, приобрели иной тип солевого обмена (морские виды в процессе обмена выводят соли, пресноводные — удерживают). По прошествии определенного времени в разнообразных моделях некоторые виды выходили из пресных вод на сушу. Они приобрели ходильные конечности, а в дальнейшем шерстный покров, становились теплокровными и живородящими. Через определенное количество временных шагов появились активные хищники, лишенные хвоста. Передние конечности у них высвободились для иных функций, и они ходили на двух ногах.
Таким образом, машина может проследить путь от ланцетника до австралопитека или какого-нибудь другого отдаленного предка человека. В принципе реально моделирование в машине и той эволюции, которая ведет к человеку. Однако пока машинной памяти недостаточно для того, чтобы имитировать процесс эволюции, который в действительности мог иметь место в биосфере. Лимитирует и ее быстродействие. Ведь для того чтобы произвести оценку всех особей и всех видов биосферы, требуется большое время. Безусловно, ЭВМ будущего, когда объем информации будет на порядок больше, а быстродействие увеличится до миллионной доли секунды, сможет имитировать любую ситуацию, вплоть до появления сознания.
ПОЯСНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕРМИНОВ
Белки — сложные высокомолекулярные вещества, содержащие углерод, водород, кислород, азот, а также обычно серу и фосфор. Один из главных видов химических соединений, имеющихся во всех клетках.
Брожение — расщепление какого-либо органического вещества при помощи ферментов: доставляет клетке энергию для других процессов.
Зрительный пурпур — родопсин — вещество, содержащееся в палочках светочувствительных клетках органов зрения большинства позвоночных.
Вирусы (от лат. «вирус» — яд) — формы значительно более мелкие, чем бактерии, едва превышающие размером некоторые крупные молекулы белков или нуклеиновых кислот. Вирусы можно фотографировать только при помощи электронного микроскопа.
Вирус табачной мозаики — был первым из открытых вирусов. Открытие принадлежит Д. И. Ивановскому (1892 г.). Табачная мозаика — болезнь листьев табака.
Гипоталамус — часть головного мозга, расположенная под зрительными буграми; от гипоталамуса на тонкой ножке свисает нижний мозговой придаток гипофиз. Гипоталамусу принадлежит основная роль в поддержании уровня обмена веществ, в регуляции деятельности пищеварительной, сердечно-сосудистой, эндокринной и других физиологических систем. Он связан большим числом нервных путей с выше- и нижележащими отделами центральной нервной системы. Передние отделы гипоталамуса регулируют поддержание относительного постоянства внутренней среды организма (гомеостаз).
Гипофиз — нижний мозговой придаток, одна из желез внутренней секреции, расположенная под головным мозгом, на основании черепа. Каждая из долей гипофиза (их различают три) выделяет в кровь различные специфические вещества — гормоны.
Каталитическая активность белков — способность белков быть катализаторами. Катализатор не вступает в реакцию и не расходуется во время ее, но регулирует ее скорость.
Мутации — любые наследственные изменения в хромосомах или генах, происходящие под влиянием внешней или внутренней среды. Понятие «мутация» резкое, скачкообразное изменение формы — было введено впервые голландским ботаником де Фризом. Мутагены — буквально: «вызывающие мутацию» — это вещества, способные реагировать с определенными основаниями в молекуле ДНК и изменять их свойства.
Нуклеиновые кислоты — органические молекулы-полимеры, построенные из нуклеотидов — сложных звеньев, состоящих из фосфатной группы, остатка углевода рибозы и азотистого основания.
Стрессовое состояние — состояние напряжения, вызванное необычной обстановкой, волнением, страхом, тревогой и т. п.
Ферменты — белковые катализаторы, синтезируемые живыми клетками. Они регулируют скорость и специфичность тысяч химических реакций, протекающих в клетке.
Филогенез — эволюционная история какой-либо группы организмов. Как правило, имеется в виду история развития какого-либо вида.
Цитология (от греч. «цитос» — клетка, «логос» — наука) — наука, изучающая строение, химический состав, процессы жизнедеятельности и размножения клеток.
Энтропия — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела или системы тел. При всех процессах, совершающихся в замкнутых системах, она или возрастает (необратимые процессы), или остается постоянной (обратимые процессы). Согласно второму закону термодинамики, все процессы в замкнутых системах совершаются таким образом, что энтропия систем увеличивается.
Вместо заключения
Б. М. Кедров, академик
О закономерностях развития естествознания
В развитии естествознания можно отметить одну важную закономерность: оно движется вперед не сплошным ровным фронтом, а выдвигая вперед попеременно то одну, то другую из своих отраслей в качестве ведущей, влияющей существенным образом на другие его отрасли и на все его развитие в целом. Такая отрасль науки, выдвинувшаяся вперед в данный период и определяющая собой развитие всех остальных ее отраслей, становится на время лидером всего научного прогресса. Она накладывает свой отпечаток на другие связанные с нею отрасли науки, сообщает им свои масштабы и критерии, передает выработанные ею понятия — словом, ведет их за собой и прокладывает путь для их дальнейшего развития.
Опыт истории естествознания показывает, что, после того как данная отрасль научного знания выполнит функцию лидера всего научного движения, она уступает ее целому комплексу, компактной группе отраслей науки. В итоге одиночный лидер сменяется групповым. По-видимому, роль одиночного лидера как раз и состоит в том, чтобы проложить путь для дальнейшего движения вперед всему естествознанию в целом.
Однако через какое-то время наступает такой момент, когда ситуация повторяется: снова возникает необходимость в том, чтобы одна какая-то вполне определенная отрасль науки выдвинулась резко вперед в качестве одиночного лидера и проложила бы путь для дальнейшего движения всем остальным отраслям естествознания. По выполнении этой ее функции вновь происходит смена одиночного лидера групповым, но уже на гораздо более высокой ступени научного развития.