Мировой интеллектуал Ф.Дайсон о будущем
Фримен Дайсон соавтор Фейнмана по квантовой теории поля, номинант на Нобелевскую премию (он оказался четвертым в списке соапвторов, а премию дают максимум трем), почетный доктор ряда университетов и академий, яркий и оригинальный интеллектуал совремнности, входящий десятку самых умных современников, согласно различным рейтингам.
Дананя лекция была прочитана еще в 2004 году в Нью Джерси.
На русском вышла в журнале "Что нового в науке и технике" № 1 за 2005 год
Разговор пойдет о биотехнологиях и социальной справедливости. Мне кажется абсолютно само собой разумеющимся, что биотехнологии фундаментально и во многих отношениях изменят наш мир в течение начинающегося столетия, что нашему миру самым отчаянным образом недостает социальной справедливости и что на нас на всех лежит обязанность использовать возможности, даваемые биотехнологией для достижения целей социальной справедливости. И все-таки я больше люблю иметь дело с типичными примерами, нежели с абстрактными принципами. Поэтому мое выступление будет построено на нескольких сюжетах, касающихся возможного будущего.
Всего таких сюжeтов восемь. Один их них о предсказании, которое осущеcтвилось. Еще один о предсказании, которое оказалось ложным. Остальные шесть о предсказаниях, которые могут оказаться истинными, а могут оказаться ложными. Жизнь - это игра случая, и то же можно сказать о науке. Чаще всего наука не может сказать нам, что произойдет. Но наука дает нам шанс, что произойдет то, что без науки никогда бы не произошло. Если мы проявим мудрость и правильно воспользуемся возможностями, предлагаемыми нам наукой, то покидаемый нами мир окажется немного лучше, чем тот, в который мы пришли. Нам не надо сейчас договариваться о том, что это «лучше» означает. Достаточно лишь согласиться, что это «лучше» включает некоторое смягчение тех колоссальных несправедливостей и того колоссального неравенства, которыми мир изобилует сегодня.
1.Бытовые биотехнологии
Итак, первый сюжет о «приручении» биотехнологий. Я состою в комитете при Национальной академии наук с неуклюжим названием «Комитет по технологическим достижениям и предотвращению их применения с биотеррористическими целями и угрозы биологической войны». Мы обсуждаем там со всей подобающей серьезностью апокалипсические сценарии развития событий, начало которым может быть положено использованием биологического оружия или иным злоупотреблением биоотехнологий. Мой первый сюжет родился, когда я думал о том, как можно оживить наши дискуссии. Вставив его в свой доклад, я меньше всего ожидал, что комитет сoгласится с ним и даже включит в официальный отчет.
Пятьдесят лет назад в Принстоне я был свидетелем того, как математик Джон фон Нейман конструировал и собирал первый электронный компьютер, выполняющий некие операции в соответствии с заложенной программой. Фон Нейман не изобретал электронного компьютера. В Пенсильванском университете один уже был за пять лет до этого и назывался ENIAC. То, что придумал фон Нейман, называется теперь software, программная начинка, позволяющая компьютеру быть достаточно гибким и исполнительным. Именно комбинация «железа» и набитой на перфокартах «начинки» позволяла одной и той же машине и предсказывать погоду, и рассчитывать рост популяций живых существ, и тестировать различные проекты водородной бомбы.
Фон Нейман понимал, что его изобретение изменит мир. Он понимал, что потомки его машины станут незаменимы и в науке, и в бизнесе, и в государственном управлении. Но в его мыслях о будущем компьютер всегда предстaвлялся дорогим и громоздким. В его воображении компьютеры занимали центральное положение в структуре крупных исследовательских лабораторий или отраслей промышленности. Он не мог представить себе компьютеры, уменьшающиеся в размерах и дешевеющие настолько, что с их помощью домашние хозяйки смoгyт заполнять налоговые декларации, а школьники - выполнять домашние задания. Он совершенно не мог представить себе возникновения компьютерных игр как доминирующей черты повседневной жизни XXI века. Из-за компьютерных игр наши внуки растут теперь в неизбывной привязанности к компьютерам. Во благо или во зло, в беде или в процветании, пока смерть нас не разлучит, люди и компьютеры отныне связаны друг с другом более прочными узами, чем мужья и жены.
Какое отношение имеет эта история про фон Неймана, его компьютер и компьютерные игры к биотехнологиям? А вот какое: существует близкая аналогия между представлениями фон Неймана о будущей роли компьютеров в интеграции и централизации и сегодняшним общественным отношением к генной инженерии, как к делу крупных фармацевтических и агропромышленных корпораций, подобных Monsanto. Общественное мнение склонно не доверять Monsanto, потому что Monsanto хочет вводить гены ядовитых пестицидов в продовольственные сельскохозяйственные культуры; точно так же мы были склонны не доверять фон Нейману, потому что он хотел использовать свой компьютер для проектирования водородной бомбы. Вполне вероятно, что генная инженерия будет оставаться спорной и непопулярной до тех пор, пока она остается централизованной и сосредоточенной в pуках крупных корпораций.
Я вижу возможность более благоприятных перспектив для биотехнологической промышленности на пути, по которому пошло развитие вычислительной техники, - том самом пути, который проглядел фон Нейман, - на пути превращения громоздкого промышленного оборудования в компактную бытовую технику. Первый шаг на этом пути не так давно уже был сделан, а именно тогда, когда в зоомагазинах появились генетически модифицированные тропические рыбки новых ярких окрасок. Для дальнейшего внедрения биотехнологий в быт их предстоит адаптировать для потребителя.
Недавно я провел замечательный день на Филадельфийском цветочном шоу, крупнейшем в мире среди зрелищ такого рода, где цветоводы из разных стран показывали результаты своих трудов. Потом я посетил шоу рептилий в Сан-Диего, столь же впечатляющее зрелище, на котором демонстрировались достижения селекционеров другого рода. Филадельфия показывает совершенство среди роз и орхидей, а Сан-Диего показывает совершенство среди ящериц и змей. Главная проблема для дедушки, пришедшего на шоу рептилий с внуком - вернуться домой с внуком, но без змеи. Каждая роза, или орхидея, или ящерица, или змея - это плод увлеченной и искусной работы. Тысячи людей, любителей и профессионалов всецело посвящают им свою жизнь. Представьте теперь, что случится, когда этим людям станут доступны методы генной инженерии. Появятся простые в употреблении наборы, с помощью которых всякий садовник сможет модифицировать гены своих роз и орхидей. Или такие же наборы для любителей голубей, попугаев, ящериц, змей, позволяющие до бесконечности разнообразить этих животных. Любители собак и кошек, конечно же, получат свои наборы тоже.
Генная инженерия, однажды попав в руки детей и домашних хозяек, вызовет настоящий взрыв в разнообразии новых живых существ вместо заполнивших бесконечные поля монокультур, предпочитаемых большими корпорациями. Новые виды будут возникать и размножаться, занимая место тех, что были уничтожены монокультурным сельским хозяйством и промышленным развитием. Конструирование генома станет формой досуга, новым видом искусства, столь же творческим, как рисование или скульптура. Немногие из этих новых существ окажутся шедеврами, но все они принесут радость своим создателям, а нашей флоре и фауне - разнообразие.
Последним шагом в приручении биотехнологии станут игры, устроенные примерно так же, как компьютерные, но которые позволят дошкольникам играть с настоящими семенами и яйцами, а не с их изображениями на экране. Играя в такие игры, дети научатся доверять тем существам, которых они выращивают. Победителем станет тот, кому удастся создать модифицированное зерно, из которого вырастет самый колючий кактус, или модифицированное яйцо, из которого вьлупится самый симпатичный динозавр. Эти игры окажутся связанными с грязью и возможной опасностью. Потребуются правила и установления, предохраняющие наших детей от угроз, которые они могут создавать для себя и для окружающих.
Прежде чем внедрение биотехнологий в быт примет массовый характер, мы должны будем ответить на пять важных вопросов. Первый: на какой стадии его можно будет еще остановить? Второй: понадобится ли его останавливать? Третий: когда остановка будет невозможна или нежелательна, какие потребуются для него необходимые ограничения? Четвертый: какова должна быть процедура установления этих ограничений? Пятый: на каком уровне эти ограничения должны вменяться как обязательные - на внутринациональном или на международном? При изучении каждого из этих пяти вопросов аналогия между компьютерными технологиями и биотехнологиями снова окажется полезной.
Большинство людей, использующих бытовые биотехнологии с преступными целями, окажутся, вероятно, мелкой рыбешкой, вроде несовершеннолетних хакеров, распространяющих вирусы в интернете. Молодые люди, обладающие навыками биохакера, также окажутся полезными национальным властям или международным органам для обнаружения и обезвреживания любой крупной противозаконной деятельности. В далекой перспективе, когда биотехнологии распространятся по всему миру, наши шансы избежать крупномасштабного биотерроризма будут связаны именно с возможно широким обменом информацией о последних достижениях.
На этом мое обращение к биовоенному комитету заканчивалось. Как вы видите, в нем больше задавалось вопросов, чем предлагалось ответов. И все они опирались на прогнозы. Я раздавал предсказания налево и направо, с большой свободой пользуясь будущим временем. Я рассказал свою историю, как будто она была правдивой. Но я оставляю вам судить, насколько вы хотите ей верить. Только помните, что это всего лишь история, а не прогноз.
2. Дарвинистская интерлюдия
Моя вторая история связана еще с одним заседанием, на котором я недавно присутствовал. Оно проходило в городе Портленд, штат Орегон. Это заседание называлось OSCON по первым буквам от Ореn Source Convention (Соглашение об открытом коде) и было гораздо менее формальным и более приятным. Его организовала группа людей, называющих себя «гиками» (geek - человек, одержимый страстью ко всему современному, чаще всего специализируется на компьютерах). Многие из них бросили колледж и создали собственные программистские фирмы. Всего на этой встрече было около тысячи гиков, большинство из них были людьми юными, склонными к авантюрам и интересующимися множеством других вещей, кроме своего будущего богатства.
Одного из тех, с кем я там познакомился, звали Брюстер Кале, и он был основателем предприятия, называющегося Internet Archive. Он поставил перед собой цель собрать и оцифровать литературу всего мира, на разных языках, и через интернет сделать ее доступной для всех желающих. У него был хороший старт - три базы данных в Сан-Франциско, Амстердаме и Александрии на сайте античной литературы. Он собирается создать еще две - в Индии и Китае. Каждая его база должна содержать полную копию всего архива, так что наследие мировой литературы выживет, даже если четыре из пяти будут плохо поддерживаться или разрушаться. Архив будет охватывать сто миллионов томов, или несколько петабайт информации. Один петабайт это миллиард мегабайт. При современных средствах хранения информации для этого нужна комната средних размеров, а ее содержание обойдется значительно дешевле, чем большая библиотека, необходимая для размещения такого количества книг.
Кале объединяла с другими участниками встречи общая вера в программное обеспечение с открытым исходным кодом. Это означает, что их компании используют и производят компьютерные программы, исходный текст которых доступен каждому, как у операционных систем UNIX или LINUX, и всякий желающий может его свободно копировать и модифицировать. Все участники встречи питали стойкое отвращение к компаниям вроде Мicrоsоft за то, что те держат в секрете исходные тексты своих программ. По их наблюдениям, защищенные авторским правом программы Билла Гейтса полны «дыр». В «открытом софте» «дыр» гораздо меньше, потому что пользователям разрешается их «латать»; более того, такая «штопка» даже приветствуется. Для них путь к достижению свободного от «дыр» и удобного для пользователя программного обеспечения - в свободном распределении интеллектуальной собственности. Внутри этого сообщества мы полагаемся на успехи друг друга, избегая общих ошибок.
В Портленде я говорил о сходстве, которое я вижу между движением «открытого кода» в мире программирования и движением «открытого генома» в мире биологии. Точно так же, как индустрия программирования делится между «открытым кодом» с одной стороны и Биллом Гейтсом с другой, мир биотехнологий делится между международным исследовательским сообществом, верящим в открытые базы данных с одной стороны и Крейгом Вентером и Уильямом Хейзелтином с другой. Вентер и Хейзелтин основали компании Celera Genomics и Ниmап Genome Sciences, чтобы делать деньги, продавая доступ к своим базам данных, которыми они владеют как частные лица. Обе компании много инвестировали в исследования и опубликовали большую часть своих открытий. Но они остаются приверженцами частного владения интеллектуальной собственностью. Подобно Биллу Гейтсу Вентер и Хейзелтин филантропы, но они, как и Билл Гейтс, филантропы на своих условиях. Они ни за что не выпустят из своих рук курицу, несущую золотые яйца.
Я говорил собравшимся приверженцам «открытого кода» еще об одной разновидности кооперативности у биологов. Вдобавок к созданию свободного доступа к своим генетическим базам данных, они могут обмениваться генами. Если различные члены сообщества получают равный доступ к одним и тем же генам физически, то выражение «открытый код» получает новое значение. Свободно обмениваясь генами, биологическое сообщество пожнет те же преимущества, что и сторонники «открытого кода», обменивающиеся программным обеспечением. Я тогда предположил, что такой свободный обмен позволит за несколько десятилетий повторить всю историю жизни на Земле, на которую потребовались миллиарды лет.
Карл Везе (Carl R.Woese) - крупнейший эксперт в мире по микробиологической таксономии. Он изучал родословные микробов, прослеживая сходства и различия в их геномах, и обнаружил крупномасштабную структуру дерева жизни, в котором все живые существа происходят от трех первичных корней. Он опубликовал полемическую и многое объясняющую статью под заголовком «Новая биология для нового столетия». Она появилась в июньском номере за 2004 год журнала Microbiology and Molecular Biology Reviews. (и позже Biology's next revolution, Nature, 24 Jan 2007 -- NW)
Его главный тезис состоит в том, что редукционистская биология, практиковавшаяся на протяжении последних ста лет, безнадежно устарела и что новую синтетическую биологию следует строить на основе понятий «сообщество» и «экосистема» вместо «генов» и «молекул». Несколько в стороне от этой основной темы он поднимает не менее важный и глубокий вопрос: когда началась дарвиновская эволюция? Под «дарвиновской эволюцией» он подразумеваетэволюцию в том смысле, в каком ее понимал Дарвин: основанную на борьбе за выживание не скрещивающихся между собой видов. У него есть доказательства, что дарвиновскую эволюцию невозможно проследить до самого момента возникновения жизни. Сравнение геномов древнейших родов живых существ обнаруживает массированную передачу генетической информации от одного рода к другому. В те начальные времена превалировал процесс - он называет его «горизонтальная передача гена» - обмена генами между несвязанными друг с другом видами. И чем дальше мы уходим во времени, тем отчетливее он превалирует.
Ко всему, что пишет Карл Везе, даже если это явные спекуляции, следует относиться серьезно. В своей статьe о «новой биологии» он постулирует «золотой век» додарвиновской жизни, когда горизонтальная передача генов была всеобщей и отдельных видов не существовало. Жизнь тогда представляла собой сообщество разнообразных клеток, делящихся своей гентической информацией, так что удачный химический трюк или каталитический процесс, «придуманный» одним существом, мог быть унаследован всеми. Эволюция была общим делом, все сообщество достигало высшей метаболической и репродуктивной эффективности, когда в нем распределялись гены наиболее эффективных клеток. Эволюция могла быть быстрой. Новые химические средства могли развиваться одновременно очень непохожими клетками, работающими параллельно, и затем собираться в некой единой клетке благодаря горизонтальной передаче генов. Но вдруг, в один недобрый день, некая клетка, напоминающая примитивную бактерию, случайно обогнала своих соседей на один шаг по эффективности. Эта клетка, на три миллиарда лет предвосхищая Билла Гейтса, обособилась от сообщества и спрятала свои преимущества. Ее потомки образовали первый вид, зарезервировав свою интеллектуальную собственность исключительно для своего частного использования. Обладая превосходящей эффективностью, вид продолжал процветать и эволюционировать независимо, в то время как все остальное сообщество продолжало свою коммунальную жизнь. Прошло еще несколько миллионов лет, и еще одна клетка отделилась от сообщества, образовав новый вид. Так оно и продолжалось до тех пор, пока от сообщества ничего не осталось и вся жизнь не оказалось поделенной на виды. Началась дарвинистская интерлюдия.
Дарвинистская интерлюдия длится уже два или три миллиарда лет. Наверное, она заметно затормозила ход эволюции. Базисные биохимические механизмы жизни эволюционировали очень быстро на протяжении первых нескольких сотен миллионов лет додарвиновской эры и очень мало изменились в течение последующих двух миллиардов лет микробиологической эволюции. Дарвиновская эволюция очень медленна, потому что отдельные виды, однажды возникнув, медленно развиваются. Дарвиновская эволюция требует, чтобы существующие виды подчистую вымирали, чтобы их могли замещать новые виды.
Ход эволюции на последних стадиях дарвиновской интерлюдии удалось ускорить благодаря трем инновациям. Первой стало половое размножение, реализовавшее горизонтальную передачу генов внутри одного вида. Второй инновацией стала многоклеточная организация, которая открыла целый новый мир всевозможных форм и функций. Третья инновация связана с формированием мозга, открывшем еще один новый мир - координированных ощущений и действий - и достигшем своего пика в эволюции глаз и рук. На протяжении всей дарвиновской интерлюдии случайным образом открывались новые возможности для эволюционных опытов благодаря массовому истреблению видов в результате извержений вулканов или столкновений с астероидами.
Сейчас, по прошествии трех миллиардов лет, дарвиновская интерлюдия закончилась. Она разделяет два периода горизонтальной передачи генов. Эпоха дарвиновской эволюции, основанной на борьбе видов за выживание, пришла к концу около десяти тысяч лет назад, когда один-единственный вид, Ноmо Sapiens, начал доминировать в биосфере и реорганизовывать ее. С того времени культурная эволюция сменила биологическую в качестве основной движущей силы прогресса. Культурная эволюция идет не по дарвиновским законам. Культуры в значительно большей степени распространяются благодаря горизонтальной передаче идей, чем путем генетического наследования. Культурная эволюция, темпы которой в тысячу раз превосходят темпы эволюции дарвиновской, привела нас в новую эру культурной взаимозависимости, которую мы называем «глобализацией». И вот теперь, в течение последних тридцати лет, Ноmо Sapiens возродил древнюю додарвиновскую практику горизонтальной передачи генов, с легкостью передавая гены микробов растениями животным и размывая границы между видами. Мы быстро переносимся в постдарвиновскую эру, когда виды прекратят свое существование, принципы «открытого кода» будут управлять обменом генами, а эволюция жизни снова станет коммунальной. Таков финал в моем втором сюжете. (прогноз понемногу сбывается - NW, 2007)
З. Биология «открытого кода» и солнечная энергия
Мой третий сюжет - о взаимосвязях биологии «открытого кода» и солнечной энергии. Я исхожу из предположения, что в постдарвиновскую эпоху биотехнологии займут свое место в быту подобно тому, как компьютерные технологии нашли в нем свое место в течение последних тридцати лет. Едва вырастет поколение детей, так же хорошо разбирающихся в биотехнических играх, как наши внуки сейчас разбираются в компьютерных играх, и биотехнологии перестанут казаться чем-то чужим и враждебным. В эпоху биологии «открытого кода» магия генов станет доступной каждому обладающему воображением и элементарным навыком ее использования. Тем самым для биотехнологии окажется открытым путь к основному руслу экономического развития, чтобы помочь разрешить некоторые социальные проблемы и улучшить условия существования человеческого общества на Земле.
Растение - это существо, использующее энергию солнечного света, чтобы преобразовывать воду, углекислый газ и другие простые химические соединения в корни, листья и цветы. Чтобы жить, ему нужно собирать солнечный свет. Но использует его растение с очень низким кпд. Наиболее эффективные сельскохозяйственные культуры, такие как сахарный тростник или кукуруза, перерабатывают в химическую энергию около одного процента падающего на них солнечного света. У силиконовых солнечных батарей, изготовленных искусственно, этот показатель намного лучше. КПД ячеек силиконовой батареи, преобразовывающей свет в электроэнергию, - 15 процентов, а электрическая энергия может быть преобразована в химическую без особых потерь.
Мы вполне можем себе представить что в будущем, когда искусство генной инженерии будет в достаточной степени освоено, будет возможно выращивать культуры с силиконовыми листьями, способными крнвертировать солнечный свет в химическую энергии с кпд, вдесятеро превышающим кпд природного растения. Эти искусственные сельскохозяйственные культуры потребуют вдесятеро меньшей площади посадок для производства того же количества биомассы. Они будут усиленно использовать солнечную энергию, не занимая лишней земли. На вид они будут почти такими же, как природные растения, только их листья будут черными, а не зелеными. И вот вопрос, который я хочу задать: сколько времени нам понадобится на выращивание растений с черными листьями?
Если бы естественная эволюция растений направлялась потребностью использовать солнечную энергию свысоким КПД, то листья всех растений давно уже были бы черными. Очевидно, эволюцию определяли другие факторы, в частности потребность избегать перегревания. Для растения, растущего в условиях жаркого климата, важно обладать способностью отражать как можно больше солнечного света, не используемого для роста. Там в нем нет недостатка и нет необходимости использовать его с максимальным КПД. Хлорофилл в листьях растений эволюционировал таким образом, что он поглощает только полезные красную и синюю компоненты, отражая зеленую. Так можно объяснить, почему у тропических растений зеленые листья. Но эта логика не объясняет, почему зеленые листья и у северных растений, растущих там, где солнечного света мало. Наверное, в таких местах, как Аляска или Исландия, нет опасности перегрева, и растения с черными листьями, эффективнее использующие солнечный свет, были бы устойчивее в процессе эволюции. По каким-то непонятным причинам естественных растений с черными листьями все-таки никогда не было. Почему? Возможно, мы не поймем причин, по которым природа избегала этого пути, пока не пойдем по нему сами.
После того как мы пройдем этот путь до конца и создадим леса чернолиственных растений, использующих солнечный свет вдесятеро эффективнее, чем природные, мы окажемся перед лицом новой связки природоохранных проблем. Кто получит право выращивать чернолиственные растения? Останутся ли они искусственно культивируемыми или будут вторгаться в природную экологию, постепенно изменяя ее? Что делать с силиконовыми отходами, производимыми этими растениями? Будем ли мы в состоянии спроектировать и организовать целую экологию микробов, грибов и червей, питающихся силиконом, чтобы сбалансировать чернолиственные растения и остальную природу, создав в ней циклы круговорота силикона? Сейчас уже ясно, что XXI век принесет с генной инженерией новые мощные средства манипулирования биосферой. Вместе с ними возникнут и новые проблемы, и новая ответственность.
ПРОДОЛЖЕНИЕ СЛЕДУЕТ