Огарок во тьме. Моя жизнь в науке - Ричард Докинз

эхо. Цикл – напрячь мышцы, запищать, расслабить, слушать эхо, напрячь снова – должен повториться для каждого сигнала, а когда летучая мышь вот-вот настигнет добычу, скорость повторения может достигать невероятных пятидесяти раз в секунду: быстрее пулемета.

Педагогическое преимущество подхода инженера-дарвиниста в том, что факты не приходится заучивать поодиночке: они оказываются объединены в цельную историю. Вполне вероятно даже, что студентам удастся предвосхитить факты раньше, чем услышать, а это отличная тренировка для того, как формулировать плодотворные гипотезы, заслуживающие экспериментальной проверки.

К примеру, летучие мыши часто летают в обществе сотен других летучих мышей. Как им справиться с тем, что их эхо могут заглушить крики и эхо остальных? Вот мысль, что могла бы прийти в голову студенту, размышляющему как инженер-дарвинист. Представьте себе, что вы разрезали кинопленку на отдельные кадры, перемешали в шляпе и заново склеили в случайном порядке. Сюжет потеряет весь смысл – сюжета, цельной истории как таковой больше не будет. Так и для конкретной летучей мыши чужие эхо звучат как аналог моего фильма из кадров в случайном порядке: ими легко пренебречь в силу их непредсказуемости относительно уже имеющегося сюжета. Только собственное эхо конкретной летучей мыши будет иметь для нее смысл и содержание в сочетании со своими предшественниками в последовательности сигналов и эхо. Экспериментальные психологи объясняют тем же самым “феномен коктейльной вечеринки”: на вечеринке нам удается следить за одной беседой, хоть наши уши и подвергаются бомбардировке из десятков других разговоров вокруг.

Ту же методику инженера-дарвиниста я применил во второй главе “Восхождения на гору Невероятности”, на этот раз на примере паутины. Мы вновь начнем с задачи: как пауку распространить подальше действие своих орудий охоты – конечностей? И вновь предложим разнообразные возможные решения, пока не дойдем до изящного и экономичного решения, к которому пришел естественный отбор: шелковая паутина. Повторим этот процесс для подзадач и подподзадач, которые вытекают из этого решения. В одной из следующих глав той же книги, под названием “Сорокаполосный путь к просветлению”, я следовал той же формуле, повествуя об устройстве глаз. Здесь я довел подход инженера-проектировщика до того, что некоторым может показаться абсурдным пределом – но надеюсь, что это было поучительно. Линза устроена просто, но она решает удивительно сложную вычислительную задачу. Я решил сгустить краски и предложил представить компьютер, который собирает лучи света и подбирает углы преломления так, чтобы на экране появилось сфокусированное изображение. Это было бы до нелепого сложно, и тем не менее эту задачу с легкостью решает линза – устройство настолько простое, что его можно (как я продемонстрировал в Рождественских лекциях Королевского института) приблизительно сымитировать с помощью подвешенного прозрачного пакета с водой: получаемое сквозь него нерезкое изображение можно постепенно улучшать, шаг за шагом поднимаясь на гору Невероятности. Эта метафора показывает, как просто на практике может эволюционировать нечто, казавшееся неописуемо сложным в теории. Глаз, который считали главным аргументом против Дарвина еще его современники, эволюционировал легко и даже возник несколько раз в независимых друг от друга закоулках животного царства.

Насколько ценен подход инженера-дарвиниста, меня осенило намного раньше – еще когда я вдохновлялся (независимо друг от друга) двумя кембриджскими специалистами по физиологии глаза: то были Уильям Альберт Хью Раштон и Хорас Бэзил Барлоу. С Раштоном я познакомился еще в школьные годы: двое его сыновей учились в Аундле, один из них был мой ровесник. Мы вместе играли на кларнете в школьном оркестре, и, как сообщает Google (что неудивительно), потом он стал ученым-музыковедом. Знаменитый профессор Раштон согласился выступить перед группой биологов-шестиклассников, видимо, ровно потому, что у него были двое сыновей в этой школе.

Раштон провел любопытное различие между аналоговыми и цифровыми сигнальными системами. В аналоговом телефоне звук речи, постоянно меняющася волна давления, преобразуется в параллельную волну напряжения, передается по проводу и преобразуется обратно в звук в телефонной трубке на другом конце. Проблема в том, что при достаточной длине провода электрический сигнал затухает, и для него требуется усилитель. А усиление неизбежно добавляет случайного шума. Это неважно, если на линии всего несколько усилительных станций. Но при достаточном числе усилительных станций накопившийся шум станет преобладать над сигналом и речь превратится в нечленораздельное шипение. Вот почему нервы, по крайней мере длинные, не могут действовать как (аналоговые) телефонные провода.

Нервы – не провода, в которых идет электрический ток: точность передачи в них еще меньше, их можно сравнить скорее с шипящими дорожками пороха, по которым бежит запал, – с дополнительным усложнением в виде “перехватов Ранвье”, которые можно рассматривать как обособленные усилительные станции. Получается, что по всей длине нерва расставлены сотни шумных усилительных станций. Как бы решал эту проблему инженер? Он бы отбросил все надежды передавать информацию через высоту волны (то есть напряжение). Он бы превратил волну в резкий скачок – высота его установлена заранее или не имеет значения. Информация бы передавалась не высотой скачка, а неоднородной последовательностью из разных скачков. Например, громкий сигнал передавался бы скоростной вспышкой множества сменяющихся скачков, а тихий звук – немногочисленными скачками, разнесенными во времени.

Получается занятное биологическое решение инженерной проблемы. Но, как и с летучими мышами и пауками, решение рождает новые проблемы, которым требуются новые решения. Что приводит меня ко второму моему Кембриджскому вдохновителю, Хорасу Барлоу. Мы с моей первой женой Мэриан познакомились с Хорасом (которого назвали в честь его деда, сэра Хораса Дарвина, сына Чарльза), когда жили в Беркли, в Калифорнии: мы ходили на его лекции – он был приглашенным профессором физиологии сенсорных систем. Отличались эти лекции тем, что Хорас обычно опаздывал не меньше чем на полчаса. Но подождать стоило. Он был невероятно умен, а также фонтанировал неподражаемым юмором. По его лицу можно было угадать, что близится шутка, за секунды до того, как он ее произносил. Статья Барлоу, которая вдохновила нас, вышла лет за десять до того, как мы попали на его лекции (именно из-за нее мы так и рвались на них), и она полностью изменила мой подход к преподаванию сенсорных систем. Мы оба помешались на статье Барлоу, и какое-то время она была главной темой множества наших научных разговоров. Само имя Хорас Барлоу стало чем-то вроде условного обозначения целого направления мыслей, которое нас тогда объединяло. Мои лекции по физиологии поведения для студентов Беркли тогда проходили под знаменем подхода инженера-дарвиниста.

Помните, я только что говорил, что нервы передают громкие звуки не высотой одного скачка, но частотой нескольких (то же самое верно для высокой температуры, яркого света и т. п.)? Это верно,