Те же принципы применимы и к небиологической сложности – например, к рекам, которые, впадая в море, ветвятся, формируя дельты. Эти принципы можно приложить даже к культуре. Давайте рассмотрим последнее в этой главе эмерджентное бифуркирующее дерево, которое демонстрирует либо глубоко абстрактную вездесущность явления, либо тот факт, что я слишком далеко захожу со своими метафорами.
Посмотрите на буйно ветвящееся дерево на диаграмме выше; не обращайте внимания на его верхушку – просто прикиньте, сколько там веток.
Что это за дерево? Периметр – это наше настоящее. Кольца отмечают рубежи столетий; в центре – нулевой год нашей эры, а ствол уходит далеко в глубь тысячелетий. О чем же рассказывает нам схема ветвления? Об истории возникновения земных религий: бесконечные бифуркации, трифуркации, тупиковые боковые ветви и так далее. Вот что можно увидеть, приблизив один из секторов{207}:
Крохотный кусочек истории ветвления религий
Чем измеряется диаметр каждой «трубки»? Возможно, интенсивностью религиозной веры – количеством приверженцев, их культурной однородностью, коллективным благосостоянием или властью. Чем больше диаметр, тем больше времени пройдет до момента дестабилизации, вне зависимости от масштаба[168]. Можно ли считать такое развитие событий адаптивным, в том же смысле, что и, скажем, бифуркация кровеносных сосудов? Думаю, в этом месте мне следует признать, что я стою на тонком спекулятивном льду, и на том закончить.
Чем обогатил нас этот раздел? В нем всплывает тот же мотив, что и в предыдущем разделе, который посвящен муравьям, слизевикам и нейронам, прокладывающим свои маршруты: из простых правил взаимодействия элементов системы между собой, которым многие элементы следовали множество раз, рождается оптимизированная сложность. И все это без всякой централизованной власти, сравнивающей варианты и своей волей принимающей решения[169].
Вы входите в градостроительный комитет и после бесконечных совещаний совместными усилиями решаете, где будете строить новый город и насколько он будет большим. Вы уже наметили сетку улиц, определили места для школ, больниц и боулинга. Теперь пора подумать, где будут располагаться магазины.
Сначала комитет по магазинам предлагает разбросать их по всему городу. Решение не идеальное; люди хотят, чтобы магазины были удобно сгруппированы. Точно, говорит комитет, и предлагает собрать все магазины в одном месте в центре города.
Нет, так тоже не пойдет. У такого мегамолла не устроишь удобной парковки, а до магазинов посередине вообще никто не доберется, и они разорятся – скончаются от коммерческого эквивалента нехватки кислорода.
Следующий план: шесть торговых центров одинакового размера, расположенных на равном расстоянии друг от друга. Идея хорошая, но кто-то замечает, что все 12 кофеен теперь находятся в одном торговом центре; они вытеснят друг друга из бизнеса, при этом ни в одном из пяти оставшихся торговых центров кофеен не будет вовсе.
Начнем сначала, обращая внимание теперь и на тип магазина. В каждом торговом центре должна быть одна аптека, один продуктовый, две кофейни. Кроме того, необходимо принять во внимание взаимодействие между разными типами магазинов. Не ставьте рядом кондитерскую и стоматологию, а вот оптику как раз неплохо было бы поместить поблизости с книжным. Добейтесь правильного соотношения гнезд греха (кафе-мороженое, бар) и мест покаяния (фитнес-центр, часовня). И что бы вы ни делали, не размещайте бутик, торгующий футболками со слоганом «Боже, благослови Америку», рядом с лавкой, где продаются футболки с надписью «Америка без Бога».
Последнее, что теперь осталось сделать, – построить автомагистрали, связывающие торговые центры друг с другом.
И вот наконец торговые кварталы вашего города спроектированы, но сколько для этого потребовалось планерок, на которых сталкивались люди с разным опытом, разными карьерными устремлениями и личными целями, разной готовностью сотрудничать, которой к тому же был нанесен серьезный удар из-за того, что кое-кто съел последний пончик, а кое-кто другой на него за это обиделся.
А теперь возьмите мензурку, полную нейронов. Они только что появились на свет, поэтому у них нет еще аксонов и дендритов: это просто маленькие круглые клетки, которым суждено славное будущее. Вылейте содержимое мензурки в чашку Петри, наполненную питательным бульоном, который нейронам по вкусу. Сейчас они беспорядочно рассеяны по всей чашке. Но вернитесь через несколько дней, поместите чашку под микроскоп, внимательно рассмотрите наши нейроны, и вот что вы увидите:
Во-первых, кучка нейронов объединилась в торговый центр – ой, я имею в виду, сгруппировалась; справа от этого кластера заметно еще одно формирующееся скопление клеточных тел; широкие магистрали проекций соединяют его с центральным кластером, а также с другими, которые не попали в объектив.
Нейронам не потребовалось ни комитета, ни планерок, ни проектировщиков, ни свободного выбора. Тот же самый паттерн, что сгодится и для планирования городской застройки, рождается из нескольких простых правил:
– Все нейроны, беспорядочно рассеянные в питательном бульоне, выделяют хемоаттрактант (молекулярный сигнал), каждый нейрон пытается заставить другие клетки мигрировать поближе к нему. Два нейрона, случайно оказавшиеся ближе прочих друг к другу, первыми из всех нейронов по соседству образуют пару. Это удваивает силу испускаемого ими сигнала, и теперь им проще притянуть к себе третий нейрон, затем четвертый и так далее. И наконец, по принципу «деньги к деньгам» они формируют ядро, центр расширяющегося локального кластера. Точно такие же растущие комплексы рассеяны по соседству.
– Когда сгусток нейронов достигает определенного размера, хемоаттрактант перестает действовать. Как это происходит? Есть такой механизм: когда кластер увеличивается, нейронам в его центре достается меньше кислорода, что заставляет их выделять вещество, которое инактивирует молекулы хемоаттрактанта.
– Все это время нейроны в мизерных количествах выделяли аттрактант другого типа. И когда определенное количество нейронов объединяется в кластер оптимального размера, этого вещества становится достаточно, чтобы побудить нейроны кластера отращивать аксоны и дендриты и формировать синапсы друг с другом.
– Как только сформирована локальная сеть (что можно определить, скажем, по плотности синапсов), выделяется хеморепеллент, препятствующий образованию связей между соседними нейронами; под его действием нейроны, двигаясь вдоль градиента концентрации хемоаттрактанта, начинают посылать длинные проекции к другим кластерам, устанавливая с ними связь[170].
Этот мотив объясняет, как благодаря сигналам притяжения и отталкивания, контролирующим пространство и время, возникают сложные адаптивные системы вроде наших нейронных «торговых центров». Это вездесущая полярность инь/ян в химии и биологии – магниты, притягивающие и отталкивающие друг друга, положительно и отрицательно заряженные ионы, аминокислоты, притягиваемые или отталкиваемые водой[171]. Длинные цепочки аминокислот образуют белки, каждый из которых имеет характерную форму (и, следовательно, функцию), которая наилучшим образом позволяет уравновешивать разные силы притяжения и отталкивания[172].
Как только что было показано, строительство нейронных «торговых центров» в развивающемся мозге подразумевает участие двух разных хемоаттрактантов и одного хеморепеллента. А дальше все становится еще интереснее: учтите, что притягивающих и отталкивающих сигналов, действующих как по отдельности, так и в комбинации друг с другом, великое множество. Учтите эмерджентные правила, определяющие, с какой частью другого нейрона будет устанавливать связь растущий нейрон. Учтите, что рецепторы на конусах роста отвечают только на определенные притягивающие и отталкивающие сигналы. Хемоаттрактант притягивает конус роста; однако, когда тот подбирается ближе, аттрактант начинает работать как репеллент; в результате конус роста пролетает мимо: так, минуя один дорожный указатель за другим, нейроны создают удаленные связи{208}.
Большинство нейробиологов тратят время на выяснение таких деталей, как, скажем, структура конкретного рецептора для конкретного хемоаттрактанта. Но есть те, кто блистательно шагает не в ногу, как, например, Робин Хизингер – я его уже цитировал, – который изучает, как развивается мозг, следуя простым эмерджентным информационным правилам вроде тех, что мы перечислили. Хизингер, дающий разделам в своих статьях озорные заглавия вроде «Простые правила, которые могут», вывел, например, три простых правила, необходимых для установления правильных связей между зрительными нейронами мухи. Простые законы притяжения и отталкивания, и никаких предварительных планов[173]. Здесь мы подошли к еще одному, последнему подвиду самопроизвольно возникающих паттернов{209}.
Предположим, вы обосновались в очень странном поселке. Его население составляет всего 101 человек, причем каждый живет в своем доме, а все дома расположены по прямой линии, скажем, вдоль реки. Ваш дом – первый в ряду; как часто вы взаимодействуете с каждым из 100 своих соседей?
Вариантов масса. Может, вы общаетесь только с ближайшим соседом (рис. А). Возможно, вы оригинал и взаимодействуете только с самым дальним от вас соседом (рис. В). Может, вы общаетесь со всеми соседями одинаково часто (рис. С), а может быть, с произвольной частотой (рис. D). Может, вы чаще всего общаетесь со своим ближайшим соседом, со следующим – на X процентов меньше и еще на Х процентов меньше с тем, кто живет за ним, причем частота общения с каждым последующим соседом убывает равномерно (рис. E).