Книга Игра в имитацию - Эндрю Ходжес

Алан постоянно размышлял об эмбриологии. Его завораживал тот факт, что подобное развитие определяет нечто, что «никто еще даже не начал изучать». Со времен «Развития и формы» — классической работы 1917 года, с которой он познакомился до войны — не было сделано значительных открытий. После 1920-х стало возможно сослаться на Принцип Неопределенности и утверждать, что жизнь по своей природе является непознаваемой, подобно тому, как невозможно одновременно измерить скорость элементарной частицы и узнать ее место положения в квантовой механике. Подобно теме разума, этот вопрос окружал флёр религиозности и волшебства, что привлекало внимание Тьюринга и вызывало скепсис. Это было нетронутое поле. Работа С.Х. Уэддингтона по эмбриологии, опубликованная в 1940 году, содержала лишь описание экспериментов по выращиванию тканей, которые показывали, в каких обстоятельствах ткани были способны продолжить свое развитие.

Главная загадка состояла в том, как биологической материи удается формировать настолько сложные структуры, существенно превышающие размеры самих клеток. Откуда группе клеток «знать», что им следует образовать структуру на основе лучевой симметрии, чтобы в итоге создать морскую звезду? Как миллионы клеток обмениваются информацией о данной симметрии? Как кроне ели удается гармонично соблюдать последовательность Фибоначчи по мере роста растения на всем своем протяжении? Как материи удается принимать форму, или, как сказали бы греки, в чем секрет морфогенеза? Биологи прибегали к неоднозначным определениям, таким как «морфогенетическое поле» или туманным концепциям Жизненной Силы для того, чтобы объяснить тот факт, что в ткани эмбриона, похоже, заложен невидимый шаблон, который последовательно направляет его гармоничное развитие. Выдвигались предположения, что данные «поля» можно описать в терминах химии, однако теории так и не было создано. Тьюринг был убежден, что нет иного объяснения, кроме как направляющий esprit de corps. Он выдвигал необъяснимость формы эмбриона в качестве одного из аргументов против детерминизма. С другой стороны, Алан говорил Робину, что его идеи направлены на то, чтобы «победить аргументы сторонников Замысла».

Тьюринг был знаком с лекциями Шредингера 1943 года «Что такое жизнь», в которых путем логического рассуждения выводился постулат о том, что генетическая информация должна храниться на молекулярном уровне и что квантовая теория молекулярных связей способна объяснить, как данная информация сохраняется на протяжении тысяч миллионов лет. В Кембридже Ватсон и Крик, стремясь опередить конкурентов, пытались установить верность гипотезы и суть происходящих процессов. Однако проблема Тьюринга состояла не в том, чтобы последовать за рассуждениями Шредингера, а в том, чтобы найти параллельное объяснение тому, как химический «бульон», при условии, что гены в самом деле производят молекулы, способен породить биологическую систему. Он задавался вопросом, как информация из генов переводится в действия. Подобно вкладу Шредингера, изыскания Тьюринга основывались на принципах математики и физики, а не на эксперименте — это была работа ученого ума.

В литературе встречались и иные предположения о природе «морфогенетического поля», однако в определенный момент Алан решил принять гипотезу о том, что оно определяется некими вариациями в концентрации химических веществ, и посмотреть, как далеко ему удастся продвинуться, отталкиваясь от данной мысли. Он вернулся во времена йодидов и сульфитов, во времена математики химических реакций. Однако теперь Тьюринг столкнулся с проблемой иного порядка. Недостаточно было изучать, как вещество А превращается в вещество Б, требовалось открыть условия, при которых смесь растворов веществ, реагирующих друг с другом, способна образовать систему, пульсирующий узор химических волн, волн концентрации, которые направят формирующиеся ткани, волн, которые захватят миллионы клеток и организуют их в симметричную систему, масштабы которой будут на многие порядки больше. В основу легла параллельная рассуждениям Шредингера мысль о том, что химический «бульон» способен содержать информацию, необходимую для описания крупномасштабной химической системы в пространстве.

Имела место центральная и фундаментальная трудность, примером и объяснением которой служит феномен гаструляции. Этот процесс описан и проиллюстрирован в «Чудесах света». В ходе него идеальная сфера из клеток неожиданно образует желоб, который и определяет, где будет находится голова и хвост зарождающегося животного. Суть проблемы описывается так: если сфера симметрична и химические реакции симметричны и отсутствует информация о направлениях влево, вправо, вверх и вниз, то откуда проистекает решение о выборе направления? Именно данный феномен приводит Тьюринга к мысли, что имеет место воздействие некоей нематериальной силы.

В определенный момент каким-то неведомым путем создается информация, что противоречит ожидаемому протеканию процесса. При растворении кубика сахара в чае не остается никакой информации о том, где он был. В ходе других процессов, таких как кристаллизация, происходит обратный процесс. Структура создается, а не разрушается. Объяснение кроется на стыке нескольких уровней научного знания. При описании процессов с точки зрения химии, когда рассматривается только средние концентрации и давление, какое-либо предпочтительное направление отсутствует. Однако на более глубоком Лаплассовом уровне движения отдельных молекул окажутся не идеально симметричными и, при определенных условиях, в кристаллизующемся растворе, например, этот феномен приведет к тому, что одно из направлений в пространстве окажется предпочтительнее прочих. Пример, выбранный Аланом в качестве иллюстрации, он почерпнул из своего опыта работы с электричеством:

Ситуация напоминает происходящее при подключении электрических осцилляторов. Обычно не составляет труда понять, как работает осциллятор после запуска. Но при первом знакомстве с устройством не очевидно, как начинаются осцилляции. Объяснение заключается в том, что в любом контуре всегда присутствуют случайные возмущения. Любое возмущение, частота которого совпадет с частотой осциллятора, запускает прибор. Окончательным состоянием системы является поддержание колебаний должной частоты, амплитуды (и формы волны), которые также определяются свойствами контура. Фаза колебаний определяется возмущениями в контуре.

Тьюринг установил в своем кабинете систему колебательных контуров и демонстрировал, как постепенно осцилляторы входят в резонанс друг с другом.

Подобного рода процессы, то есть кристаллизация, или скатывание, можно описать как разрешение неустойчивого равновесия. В случае сферы из развивающихся клеток требуется доказать, что некоторым образом, например, за счет изменения температуры или присутствия катализатора устойчивое химическое равновесие становится неустойчивым — своего рода химический эквивалент последней соломинки, ломающей спину верблюду. Сам Алан в качестве аналогии приводил мышь, взбирающуюся на маятник.

Здесь крылась мысль, способная объяснить, как информация в генах переводится на уровень физиологии. Проблема роста в целом является куда более сложной, тем не менее анализ данного момента роста способен принести разгадку того, как из ничего вдруг словно по мановению волшебной палочки возникает гармония и симметрия биологических структур.