Эмерджентность: Связанная жизнь муравьев, мозга, городов и компьютерных программ - Стивен Джонсон

Это казалось совершенно разумным объяснением. Мы от природы склонны мыслить категориями «пейсмейкеров», идет ли речь о грибах, политических системах или о наших собственных телах. Нашими действиями по большей части управляют клетки-пейсмейкеры в нашем мозге, и на протяжении тысячелетий мы выстраивали сложные структуры «пейсмейкеров» в наших социальных организациях — будь то короли, диктаторы или члены городских советов. Большую часть окружающего мира можно объяснить с помощью командных систем и иерархий — почему же у слизевиков все должно быть иначе?

Но у теории Шафера была одна маленькая проблема: никто не мог найти эти самые пейсмейкеры. Хотя все наблюдатели соглашались с тем, что волны циклического АМФ (цАМФ) действительно прокатывались по колонии слизевика перед агрегацией, все клетки в этой колонии были фактически взаимозаменяемы. Ни одна из них не обладала какими-либо отличительными признаками, которые могли бы возвысить ее до статуса пейсмейкера. Теория Шафера предполагала существование клеточной монархии, управляющей массами, но, как оказалось, все клетки слизевика были созданы равными.

В течение двадцати лет после публикации статьи Шафера микологи полагали, что отсутствие неуловимых клеток-пейсмейкеров — это лишь следствие нехватки данных или плохо спланированных экспериментов. Ученые исходили из того, что генералы точно скрываются где-то в общей массе — просто они еще не знали, как выглядит их униформа. Но Келлер и Сегель применили другой, более радикальный подход. В своей работе по морфогенезу Тьюринг наметил математическую модель, в которой простые агенты, следующие простым правилам, могли создавать поразительно сложные структуры; возможно, агрегация клеток слизевика была реальным примером такого поведения. Тьюринг фокусировался главным образом на взаимодействии между клетками в едином организме, но было вполне разумно предположить, что математика сработает и для скоплений свободно плавающих клеток. И Келлер задумалась: а что, если Шафер все это время ошибался? Что, если колония клеток слизевика организуется самостоятельно? Что, если никаких пейсмейкеров не существует вовсе?

Догадка Келлер и Сегеля блестяще подтвердилась. Хотя у них не было продвинутых инструментов визуализации, доступных на современных компьютерах, они с помощью ручки и бумаги вывели ряд уравнений. Эти уравнения демонстрировали, как клетки слизевика могут запускать процесс агрегации без какого-либо лидера — просто меняя количество выделяемого ими индивидуально циклического АМФ (цАМФ) и затем следуя по следам этого феромона, на которые они натыкались, блуждая в своей среде. Если клетки выделяли достаточное количество циклического АМФ (цАМФ), начинали формироваться скопления. Клетки следовали по следам, оставленным другими клетками, создавая петлю положительной обратной связи, которая побуждала еще больше клеток присоединяться к группе. Если каждая одиночная клетка просто выделяла циклический АМФ (цАМФ) на основе собственной локальной оценки условий, утверждали Келлер и Сегель в статье, опубликованной в 1969 году, то более крупное сообщество слизевика вполне могло агрегироваться на основе глобальных изменений в окружающей среде — и все это без какой-либо клетки-пейсмейкера, отдающей приказы.

— Реакция была очень интересной, — говорит сейчас Келлер. — Для любого, кто понимал прикладную математику или имел опыт работы в гидродинамике, все это было давно пройденным этапом. Но для биологов это не имело никакого смысла. Я проводила семинары для биологов, а они спрашивали: «И что? Где клетка-основательница? Где пейсмейкер?» Это их совершенно не удовлетворяло. Действительно, гипотеза пейсмейкера оставалась господствующей моделью еще целое десятилетие, пока серия экспериментов убедительно не доказала, что клетки слизевика организуются снизу вверх. — Меня поражает, насколько людям трудно мыслить категориями коллективных явлений, — говорит сегодня Келлер.

Спустя тридцать лет после того, как двое исследователей впервые набросали свою теорию на бумаге, агрегация слизевиков признана классическим примером поведения «снизу вверх». Коллега Келлер по Массачусетскому технологическому институту Митч Резник даже разработал компьютерную симуляцию агрегации клеток слизевика, позволяющую студентам изучать призрачную, невидимую руку самоорганизации, меняя количество клеток в среде и уровень распределяемого циклического АМФ (цАМФ). Те, кто впервые запускает симуляцию Резника, неизменно говорят, что изображения на экране — яркие скопления красных клеток и зеленые шлейфы феромонов — напоминают им видеоигры, и на самом деле это сравнение раскрывает тайную родословную. Некоторые из самых популярных сегодня компьютерных игр напоминают клетки слизевика, поскольку в их основе лежат те самые уравнения, которые Келлер и Сегель вручную вывели в конце шестидесятых. Нам нравится говорить о том, что жизнь на Земле эволюционировала из первичного бульона. С тем же успехом мы могли бы сказать, что самая интересная цифровая жизнь на экранах наших компьютеров сегодня эволюционировала из слизевика.

*   *   *

Прорыв Сегеля и Келлер можно представить как один из первых камней, покатившихся в самом начале обвала. Вместе с ними пришли в движение и другие камни — за траекториями некоторых из них мы проследим на следующих страницах, — но это первоначальное движение было ничем по сравнению с лавиной, сошедшей в последующие два десятилетия. В конце своего пути этот обвал каким-то образом вызвал к жизни несколько признанных научных дисциплин, глобальную сеть исследовательских лабораторий и аналитических центров, а также целый жаргон из модных словечек. Спустя тридцать лет после того, как Келлер бросила вызов гипотезе пейсмейкера, студенты слушают курсы по «исследованиям самоорганизации», а программное обеспечение, работающее по принципу «снизу вверх», помогает организовывать самые оживленные виртуальные сообщества Сети. Но вызов Келлер сделал больше, чем просто подтолкнул ряд интеллектуальных трендов. Он также извлек на свет тайную историю децентрализованного мышления — историю, которая долгие годы оставалась погребенной под тяжестью гипотезы пейсмейкера и традиционных границ научных исследований. Люди размышляли об эмерджентном поведении во всех его разнообразных проявлениях на протяжении веков, если не тысячелетий, но все эти размышления неизменно игнорировались как единый корпус трудов — ведь в самом этом корпусе не было ничего единого. Существовали изолированные клетки, исследовавшие тайны эмерджентности, но не было их агрегации.

Действительно, некоторые из величайших умов последних нескольких столетий — Адам Смит, Фридрих Энгельс, Чарльз Дарвин, Алан Тьюринг — внесли свой вклад в неведомую тогда науку о самоорганизации, но поскольку эта наука еще не существовала как признанная область знаний, их труды в итоге оказались разложены по более привычным полкам. Под определенным углом зрения такая систематика имела смысл, ведь ключевые фигуры этой новой дисциплины и сами не осознавали, что бьются над пониманием законов эмерджентности. Они решали локальные вопросы в четко очерченных областях: как муравьиные колонии учатся добывать пищу и строить гнезда; почему промышленные районы формируются по классовому признаку; как наш разум учится распознавать лица. На все эти вопросы можно ответить, не прибегая к