Восхождение на гору Невероятности

Рис. 1.15. Рисунки настоящих и компьютерных биоморфных деревьев показывают, как может измениться форма вида из-за незначительной коррекции механизма роста. Крона одних деревьев обвисает, как у плакучей ивы, в то время как другие устремляются ввысь, как пирамидальный тополь.

Рис. 1.16. “Зоопарк” черно-белых биоморфов, выведенных в программе “Слепой часовщик”.

Биоморфы “выведены” человеком. В этом смысле они подобны капусте и собакам. Однако искусственный отбор предполагает участие селекционера – человека, а это не является главной темой моей книги. Вслед за Дарвином я рассматриваю искусственный отбор в качестве модели совсем другого процесса – естественного отбора. Пора наконец поговорить собственно о нем. Естественный отбор происходит примерно так же, как искусственный, но без вмешательства человека. Здесь не человек, а сама природа “решает”, кому из потомства продолжить свой род, а кому умереть. Я поставил кавычки не просто так, ибо на самом деле природа не принимает осознанных решений. Банальная, казалось бы, истина, но вы не поверите, если вам сказать, сколь многие уверены в том, что естественный отбор сродни личному выбору. Это в корне не так. На самом деле просто вероятность гибели одних потомков достаточно велика, а другие обладают какими‐то свойствами, которые помогают им выжить и дать потомство. Поэтому в среднем типичные представители популяции из поколения в поколение становятся все лучше и лучше в искусстве выживания и размножения. Я должен уточнить, что “всегда лучше” справедливо при сравнении с каким‐то абсолютным стандартом. На деле, впрочем, отбор не всегда настолько эффективен, потому что их жизни всегда угрожают особи других видов, которые тоже эволюционируют и становятся более жизнеспособными. Можно выработать качества, которые помогают спастись от зубов и когтей хищника, но ведь и хищники тоже совершенствуют свои охотничьи качества, так что в конечном итоге ничего не выиграешь. Своего рода “эволюционная гонка вооружений” – тема интересная, но мы забегаем вперед.

Смоделировать на компьютере искусственный отбор не так сложно, и биоморфы – прекрасный тому пример. Моя мечта – воспроизвести еще и естественный отбор. В идеале я хотел бы создать условия для эволюционной борьбы, чтобы возникающие на экране “хищники” и “жертвы” побуждали друг друга к прогрессивному развитию, а мы просто наблюдали бы за их соперничеством. К сожалению, это непростое дело, и вот почему. Я говорил, что отдельные особи из потомства обречены на гибель, и вроде бы легко спровоцировать их насильственную смерть. Но цифровая тварь должна погибнуть от каких‐либо нестандартных дефектов – например из‐за коротких ног, не позволяющих ей убежать от хищника, – тогда смерть на экране будет выглядеть натурально. У некоторых насекомоподобных биоморфов с рис. 1.16 есть похожие на ножки отростки. Но они не пользуются своими “ножками”, и хищников вокруг них нет. Нет и жертв или растительной пищи. В их мире не бывает ни болезней, ни плохой или хорошей погоды. Теоретически мы могли бы включить любой из этих факторов риска. Но запрограммированная угроза будет столь же искусственной, как и сам искусственный отбор. Нам придется что‐то предпринять – скажем, постановить, что длинным и тонким биоморфам легче уйти от преследования, чем коротким и толстым. Велеть машине измерить биоморфы и отобрать для дальнейшего разведения самых поджарых и голенастых – дело нехитрое. Но тогда процесс эволюции лишится интриги. Мы просто увидим, что по мере смены поколений особи становятся все более долговязыми. С тем же успехом мы могли бы просто на глазок прикинуть, какие из биоморфов тоньше и длиннее. Нет спонтанности, характерной для естественного отбора, которой можно было бы достичь при адекватной имитации.

В естественных условиях селекционный процесс намного сложнее. В каком‐то смысле он очень запутан, но с другой стороны – предельно прост. Для начала прогресс в каком‐то одном направлении – в частности, в направлении увеличения длины ног – возможен до определенного предела. В живой природе ноги могут оказаться и чересчур длинными. Они больше подвержены переломам, да и через подлесок продираться тяжело. Слегка пораскинув мозгами, мы можем предусмотреть в программе переломы и кусты. Можно встроить элементы физики перелома – найти способ отобразить линии напряжения, прочность на разрыв, коэффициент упругости; если разобраться в сути явления, можно воспроизвести что угодно. Проблему для нас представляет то, чего мы не знаем и о чем не подумали, то есть почти все. Мы упускаем из виду не только оптимальную длину конечностей и бесчисленное множество факторов, от которых она зависит. Мало того, длина ног – лишь один из многих взаимосвязанных признаков, который взаимодействует с другими признаками ног, а также с массой признаков других частей тела, влияющих на выживаемость особи. Это и толщина ног, и их жесткость, хрупкость, способность выдерживать вес, разница по толщине вверху и внизу, количество суставов и собственно ног. И это только то, что касается конечностей. Выживет животное или нет, зависит также от всех остальных частей и элементов его организма.

Пока программист пытается ввести все параметры в теоретическую задачу выживаемости компьютерных зверей, он вынужден сам принимать судьбоносные решения. По-хорошему, надо бы воспроизвести все физиологические и экологические условия, включая имитации хищников, жертв, растений и паразитов. В свою очередь, все эти виртуальные виды должны обладать способностью к изменчивости. Самый простой способ избавиться от необходимости думать самим – это вовсе отказаться от компьютера и смастерить трехмерных роботов, которые гонялись бы друг за дружкой в реальном трехмерном мире. Но тогда дешевле было бы сдать компьютер в утиль и наблюдать за живыми зверями и растениями – то есть вновь оказаться на исходной позиции! Доля шутки тут меньше, чем кажется. Я еще вернусь к этому позже. Тем не менее, мы можем еще кое‐что сделать на компьютере, хотя и не с биоморфами.

Биоморфы трудно поддаются естественному отбору в основном потому, что они состоят из светящихся пикселей, расположенных на плоском экране. Двухмерный мир во многих отношениях не пригоден для отображения физических закономерностей реальной жизни. Остроту зубов хищника и прочность защитного панциря жертвы, мышечную силу нападающего хищника и смертоносную силу яда – все эти свойства не передашь двухмерными пикселями. Самих хищников и их жертвы можно показать на плоском экране естественным путем, без особых ухищрений, но можно ли рассчитывать на отображение их реальной жизни? По счастью, можно. Я уже говорил о паутине в связи с псевдомоделями природных ловушек. Пауки, как и все представители животного мира, обладают трехмерными телами и живут в обычном, сложно устроенном физическом пространстве. Но их хищнические повадки отличаются одной особенностью, чрезвычайно удобной для представления на плоскости. Типичная круговая паутина – это в сущности плоская фигура. Насекомые, которые угодили в сети, перемещаются по третьей оси, но в критический момент, когда они попадают в ловушку или вырываются на свободу, драма разворачивается в двухмерной плоскости паутины. Лучшего примера для красивой имитации естественного отбора на плоском экране монитора и не подберешь. Следующую главу мы большей частью посвятим паучьим сетям: начнем с обсуждения настоящей паутины, а затем перейдем к ее компьютерным аналогам и превращениям в процессе виртуального “естественного отбора”.

Примечания