В 1925 году в штате Теннесси приняли закон, запрещавший учителям и преподавателям общественных школ и университетов отрицать библейское учение о происхождении человека и преподавать теорию эволюции человека от низших форм животных. В том же году по этому закону осудили школьного учителя Джона Скоупса — история получила известность под названием «Обезьяний процесс». Увы, даже сейчас, почти век спустя, креационизм не исчез — его адепты с пеной у рта доказывают, почему эволюция невозможна, и даже пишут школьные учебники по биологии. В сегодняшнем посте я разберу один из главных аргументов креационистов — «Не могло такое сложное существо как человек появиться случайным образом!»

О разумном дизайнере и виртуальных муравьях

Креационизм — это религиозное учение, согласно которому все живые существа на Земле, включая людей, появились в результате божественного акта творения. Креационисты отрицают эволюцию и считают, что, например, никакого естественного отбора не существует. Или что он существует, но только в рамках «микроэволюции» — внутривидовой изменчивости.

Небольшая ремарка: у креационизма есть множество разных форм. Наиболее дикие формы противоречат не только биологии, но и геологии, физике и даже истории («Земле всего лишь 6 тыс. лет, потому что так написано в Ветхом Завете!») Есть «промежуточные» формы креационизма — её адепты настаивают, что из-за грехов мир деградирует. Такой тезис, например, недавно сформулировал не абы кто, а директор института общей генетики РАН Александр Кудрявцев на конференции по теологии (!) Он заявил, что до Всемирного потопа люди жили по 900 лет. Согласно генетику, из-за греха люди стали жить всё меньше и меньше — правда, непонятно, как это утверждение согласуется с тем, что за последние 70 лет средняя продолжительность жизни в мире выросла на 26 лет (может, люди стали больше молиться? Или всё-таки это результат научно-технического прогресса?)

Не все верующие люди — креационисты. Я знаю верующих учёных, которые не отрицают эволюцию. Например, известный американский генетик Френсиз Коллинз — христианин, но он не верит в «разумный замысел». Не так давно Коллинз участвовал в дискуссии с Ричардом Докинзом — в ходе дебатов учёные сошлись во мнении, что эволюция — это факт и основа современной биологии. Но при этом Коллинз верит: эволюция — инструмент, который Бог использовал, чтобы породить многообразие жизни на Земле (Докинз, конечно, с таким аргументом не согласен — и я тоже). Я ничего не имею против учёных, которые верят в Бога, но мне не нравится, когда исследователи отрицают научную картину мира. И рассказывают, что «сложность никогда не могла бы появиться без разумного дизайнера».

Ещё будучи студентом я увлёкся генетическим программированием. Это когда вы создаёте эволюцию компьютерных программ, меняющихся за счёт случайных мутаций, постоянно отбирая те из них, которые лучше выполняют некоторую задачу. Я создавал виртуальных муравьёв с эволюционирующей нейронной сетью в качестве «мозгов», которые должны были искать виртуальных «гусениц». Если муравей находил гусеницу и съедал её, он оставлял больше потомства. Сначала мои муравьи просто случайно и очень редко находили гусениц. Но со временем они стали находить всё больше и больше гусениц — и это наглядная демонстрация принципов естественного отбора по Дарвину: случайные мутации плюс отбор дают прогресс и эволюцию.

«Это противоречит второму началу термодинамики»

Среди биологов почти не бывает креационистов, но исключения всё же попадаются. Однажды я поделился историей про виртуальных муравьёв с двумя коллегами-биологами, причём заведующими лабораториями. К моему удивлению, они сказали: «Такого не может быть! Это бред, это противоречит второму началу термодинамики». Видите ли, согласно этому закону энтропия (мера неупорядоченности системы) в мире не должна уменьшаться. Но такой принцип касается всей Вселенной и изолированных систем внутри неё. Ничто не мешает энтропии уменьшаться на Земле — за счёт её увеличения в других местах, например, на Солнце. Благодаря солнцу растения могут вырабатывать из воды и углекислого газа сложные сахара. Потом мы едим растения, получаем сложные углеводы — и упрощаем их, разлагаем на составляющие. За счёт этого мы создаём свои сложные химические молекулы — и так функционирует жизнь. На эту тему, кстати, у Эрвина Шрёдингера есть замечательная книга «Что такое жизнь?» В ней физик-теоретик очень подробно рассказывает, почему эволюция не противоречит второму началу термодинамики.

Креационисты считают, что эволюция — это абсолютно случайный процесс. Но в эволюции есть свои закономерности — и поэтому выживают не абы кто, а наиболее приспособленные особи. Выживают те, кто может оставить потомство и передать свои гены следующему поколению. Да, в эволюции есть элемент случайности — и поэтому эволюция не пойдёт одним и тем же путём дважды. Если мы «перезапустим» всю жизнь на Земле, мы получим иную картину, чем сейчас.

Креационисты в спорах с учёными часто приводят аргумент про часы. Согласно их логике, если разобрать часы на детальки, а затем сложить детальки в коробочку и её потрясти, часы снова не соберутся. Да-да, именно так представляют эволюцию многие креационисты. Но на самом деле метафора с часами должна выглядеть так: нужно создать проточасы с признаками жизни — то есть они должны размножаться, меняться из поколения в поколение и так далее.При этом на наши воображаемые часы должен действовать отбор — чтобы те часы, которые лучше всего показывают время, имели шансы передать гены следующему поколению. Кстати, один блогер разработал компьютерную программу, в которой запустил эволюцию часов — они даже сексом занимались. В итоге часы научились показывать и минуты, и секунды.

Жук, у которого бомбит

Итак, для эволюции необходимы следующие составляющие:

1. Изменчивость — организмы должны меняться;

2. Наследственность — изменения должны передаваться из поколения в поколение;

3. Отбор — выживание и способность передать свои свойства дальше зависит от наследственности.

Важно, что эволюция движется маленькими шагами. Сложность не возникает за один раз — поэтому любимый аргумент креационистов про глаз не работает. Креационисты говорят: «Глаз очень сложный, он не мог появиться сам по себе». Но глаз не возник из ниоткуда — он эволюционировал постепенно, этап за этапом. Даже одной светочувствительной клетки достаточно, чтобы дать эволюционное преимущество организму в виде способности отличать день от ночи. Несколько таких клеток повысят чувствительность протоглаза, а изогнутая форма их расположения даст зрению направленность. Каждое последующее улучшение полезно — и всё это достижимо маленькими шагами.

Ещё один пример из «методички» креационистов — жук-бомбардир, у которого задний проход используется как огнемёт (вот кого бомбит так бомбит!) Адепты разумного замысла считают, что такая сложная живая «химическая фабрика» могла появиться только сразу «в сборе». В противном случае жука просто разорвало бы на части, дескать, непонятно, как это могло эволюционировать!

Но вообще-то у многих членистоногих есть промежуточные варианты такой защитной системы — и в целом понятно, как она развивалась. Главное топливо «аппарата» бомбардиров — гидрохинон. Но гидрохинон — это немного модифицированный хинон, который используется как секреция на внешнем слое кожи насекомых, чтобы сделать его темнее. При этом сами хиноны отвратительны и неприятны для многих поедателей членистоногих, поэтому некоторые жуки используют это вещество на своей поверхности как защитное средство от хищников. Оно снижает их вкусовую привлекательность. Далее у жуков эволюционировали углубления в задней части, где эти хиноны можно было бы хранить в значительном количестве — чтобы агрессор в случае нападения наглотался бы этой гадости побольше. На следующем этапе возникают мышечные клетки, которые способны эту полость с хиноном сдавливать — и вы получаете более эффективное средство доставки — струю, бьющую на расстояние. Кстати, известны жуки, которые выбрасывают не горящую жижу, как это делают бомбардиры, а просто едкое химическое оружие.

И на последнем этапе вам, чтобы нагреть эту смесь, нужно добавить специальные ферменты — пероксидазу и каталазу. Но и здесь ничего не надо изобретать: эти молекулы и так производятся клетками. Надо просто научиться более эффективно их вырабатывать и выделять в нужное время и в нужном месте. Вот так маленькими шажками мы в ходе эволюции получаем улучшение защитной функции.

Есть у креационистов и более «сложный» аргумент — с привлечением аж теории вероятности и знаний из области генетики. Звучит он так: «Эволюция — это случайность. Чтобы всё совпало как нужно, требуется огромное количество времени. А для построения генома случайным перебором недостаточно времени — не только в истории планеты Земля, а даже во всей истории Вселенной».

Однажды мне прислали такое письмо:

«Я общался с вашими коллегами из РАН, только это были философы из Института философии РАН — они считают вашу веру (атеизм) видом религии, это просто факт — они его даже не обсуждают, я с ними согласен. <...>

Это не только моё мнение, это мнение науки, вашего РАН. Вы, как и гомеопаты, не хотите ничего слушать, если вопрос касается вашей веры. Наука опровергает такие лженаучные теории как лжетеория Дарвина, от неё уже давно плюются ученые из разных наук, там сплошные нестыковки... Я сдавал теорию вероятностей в универе на 4, это наука, она прямо опровергает атеистические мракобесия».

А вот цитата с сайта института креационных исследований:

«Предположим, что каждая мутация полезна или вредна с вероятностью 1/2. Элементарная статистическая теория показывает, что вероятность двухсот последовательных, полезных мутаций — 1/2 в двухсотой степени, или один шанс на 1060. [...] Предположим, что на каждом из 1014 квадратных футов поверхности Земли существует миллиард мутирующих систем, и на каждую мутацию требуется всего полсекунды. Каждая система может пройти через 200 мутаций за 100 секунд и, если ничего не получится, начать заново. [...] Перемножая все эти числа, мы получим, что за возраст Вселенной могло произойти 1039 попыток сборки системы из 200 компонентов».

Иными словами, креационисты считают, что даже очень простая последовательность нуклеотидов в ДНК не может получиться случайным образом ни за какие разумные времена. В общем-то, вывод правильный: если мы будем случайным образом перемешивать нуклеотиды, мы никогда не получим геном какой-нибудь кишечной палочки. Это невозможно.

Сколько нужно раундов, чтобы угадать слово из 200 букв?

Но гены, опять же, не получаются путём случайного перемешивания нуклеотидов в ДНК. В это верят только креационисты, которые плохо разбираются в биологии и не понимают, что для эволюции необходим естественный отбор, который никак не учитывается в подобных расчётах.

Почему без естественного отбора эволюция не имеет смысла? Представьте, что у меня в руках десять шестигранных кубиков. Я их подкидываю. Какова вероятность того, что у меня выпадет десять шестёрок? Она очень мала (⅙ в десятой степени, что примерно 17 миллиардных). Но у меня вполне может выпасть, например, одновременно три шестёрки из десяти.

Что даёт естественный отбор? Он фиксирует полезные мутации, ведь их носители чаще выживают и передают свои гены следующим поколениям. Поэтому, если сравнить шестёрку с полезной мутацией, то мы три кубика с выпавшими шестёрками откладываем. И подкидываем оставшиеся семь кубиков в нашем примере. Предположим, на второй раз у нас выпала ещё одна шестёрка — мы её тоже откладываем. На столе у нас теперь четыре шестёрки. Можете повторить опыт дома и убедиться, что за пару минут у вас на столе будут все десять кубиков с выпавшими шестёрками. Для этого не понадобится миллион попыток.

А теперь представьте, что вы играете в усложнённую версию «Поле Чудес», где требуется отгадать не слово, а случайную последовательность длиной в 200 букв, составленную из всех букв русского алфавита. Всего возможных комбинаций 33 в степени 200, это примерно пять на десять в 303 степени.

Угадать такое «слово» целиком невозможно. Но теперь представьте, что все буквы, вставшие на свои места, фиксирует Якубович (играющий роль естественного отбора в нашей метафоре). Уже после первой попытки назвать слово у вас, вероятно, появится шесть отгаданных букв (200:33 ~ 6). После второго раунда, видимо, таких букв уже будет двенадцать — и так далее.

Существует замечательная статья «Для эволюции есть очень много времени» математиков Херберта Уильфа и Варрена Эванса. В публикации учёные вывели теорему, из которой следует, что для слова длины L и алфавита размера K букв среднее число раундов угадываний этого слова (при наличии отбора) пропорционально K log(L), а не К в степени L. Вот точная формула: log(L)/(Log(K/K-1)) + малое число, которым можно пренебречь. Если применить эту формулу к нашему примеру, то всего за 172 раунда вы угадаете слово из 200 букв.

Мутации кишечной палочки

Есть известный мысленный эксперимент про мартышку, которая пытается набирать «Войну и мир» на печатной машинке, случайно ударяя по клавишам. «Война и мир» — это примерно 3 млн символов, если считать и буквы, и пробелы. В распоряжении мартышки — 34 символа: все буквы русского языка и пробел. Очевидно, всего времени во Вселенной не хватит, чтобы «Война и Мир» напечаталась сама. Но если все угаданные символы фиксируются, обезьяне нужно всего где-то 500 попыток, чтобы переписать роман.

А теперь менее абстрактный пример — про кишечную палочку. В её геноме более 5 млн нуклеотидов ДНК. Все нуклеотиды делятся на четыре типа — A, T, G и C. Для того чтобы «угадать» геном кишечной палочки, нам бы потребовалось в среднем лишь 54 раунда мутаций (один раунд перемешивает весь геном, сохраняя угаданные позиции). Это, конечно, не значит, что кишечная палочка возникает в 54 этапа.

Как часто в природе фиксируется та или иная мутация? Одна команда учёных не пожалела времени и следила за популяциями кишечных палочек на протяжении 60 тыс. поколений, читая бактериальные геномы каждые 500 поколений и отслеживая генетические изменения. За это время в популяции эксперты обнаружили около 70 зафиксировавшихся мутаций.

Кишечная палочка делится каждые 20 минут, то есть в её популяции ежегодно происходит порядка 30,5 мутаций. Иными словами, чтобы набрать нужное число зафиксированных мутаций, потребовалось бы около 168 тыс. лет — это намного меньше, чем возраст Земли. Как мы видим, для эволюции живых существ времени было достаточно.

Принципы эволюции для антенн

При этом мы знаем, что перед эволюцией никогда не стояла задача получить геном современной кишечной палочки. Если бы мы «запустили» развитие жизни по второму разу, вероятно, ничего похожего на кишечную палочку не появилось бы, а её экологическую нишу (если бы таковая имелась) заняло бы какое-то другое существо — с иным наследственным материалом.

На нашей планете живёт от миллионов до триллионов разных микроорганизмов (оценки разнятся в зависимости от того, что считать видом и как считать многообразие). А ещё — множество членистоногих и позвоночных. И эволюция «отгадывает» любую осмысленную фразу — от утконоса и каштана до гриба и человека. Причём и человек не имеет строго определённого генома: между мной и вами в среднем около 3 миллионов генетических отличий. То есть даже одно слово может быть написано по-разному.

Короче, эволюция не пытается отгадать конкретное слово, ведь правильных вариантов вагон и маленькая тележка. У эволюции нет задачи сделать именно человека или кишечную палочку. Что получится, то получится. И хотя в основе эволюции и лежат случайные мутации, которые могут возникнуть в любом участке ДНК, работает она именно благодаря неслучайной компоненте — естественному отбору. Всё как Дарвин описал.

Подведу итог: для появления сложных организмов не нужен никакой разумный замысел. А принципы эволюции сейчас применяются и в эволюции химических молекул, и в селекции, и в различных компьютерных программах. Эволюция — это не просто гипотеза или идея, а работающий инструмент.

Пересылайте этот пост, написанный, кстати, по мотивам моего нового ролика на YouTube, друзьям-креационистам — им тоже пора эволюционировать. А в комментариях пишите, какие темы вам ещё интересны.

Кстати, Ричард Докинз известен как популяризатор науки. Но ещё интересно, что в 11 главе его книги "Эгоистичный ген" был введен в лексикон термин "мем", обозначающий единицу культурной информации (аналогичную гену в генетике), копирующуюся и передающуюся от одного носителя к другому и подверженную мутации, естественному отбору и селекции.