У NASA была большая – и маленькая – проблема. Для небольшого спутника агентству нужна была крошечная антенна с очень специфическими коммуникационными возможностями и очень строгими ограничениями по размеру и весу. Агентство поручило эту задачу команде дизайнеров, умело имитирующей то, как естественный отбор создает решения.
Дизайн с использованием естественного отбора основан на простой, но мощной идее, имеющей широкое применение по всему миру: когда существует изменчивость воспроизводимых признаков и одни варианты преуспевают больше, чем другие, эти варианты имеют тенденцию распространяться на все больший процент будущих популяций. Например, ранние газели, которые оказались быстрее, были менее уязвимы для хищников, поэтому из поколения в поколение у них было больше шансов, чем у медленных газелей, выжить, размножиться и передать свои способности к высокой скорости.
Команда NASA адаптировала эту идею для работы внутри компьютера. Сначала они создали две очень грубые «родительские» программы для проектирования антенны. Затем они «скрестили» их, создав цифровое «потомство», которое унаследовало разные половины от каждого родителя, имитируя половую рекомбинацию. Чтобы имитировать мутацию, некоторые элементы кода случайным образом менялись с 0 на 1 и наоборот. Программы-потомки, показавшие лучшие результаты, сохранялись, чтобы стать родителями следующего поколения, а остальные отбрасывались.
Повторяясь в течение многих циклов, этот процесс быстро совершенствовал программы, создающие конструкции антенн, пока одна конструкция не превзошла созданную человеком версию – с более сильным сигналом, большей дальностью действия и меньшим энергопотреблением – и потребовала меньше времени на разработку. Она была построена, запущена в космос в 2006 году и отлично проработала запланированные 90 дней миссии.
Для меня, как профессора права и биологии, этот успех указывает на более широкую истину: когда люди используют логику естественного отбора, они часто могут найти эффективные и действенные способы решения сложных проблем. Как я исследую в своей книге «Сила природы: понимание глубочайшей логики эволюции и ее применение», естественный отбор является самой безжалостной силой, стремящейся к эффективности в истории жизни.
Углубление понимания
Игнорирование силы естественного отбора может означать упущенные возможности – или ухудшение ситуации.
Например, рассмотрим рыболовство: по мере роста мирового спроса на рыбу промышленный рыболовный промысел стал высокоэффективным в удалении всех особей, превышающих определенный размер. Все, что достаточно мало, чтобы пройти через отверстия в сети, выживает; все, что больше, погибает. Сначала это может показаться разумным: брать крупную рыбу и оставлять мелкую расти.
Но эта стратегия меняет факторы, которые работают на изменение популяции в будущих поколениях.
Рыбы, созревающие до меньших размеров, с большей вероятностью, чем крупные, избегут сетей и размножатся. Со временем признак созревания в меньшем размере распространяется. В результате популяция состоит в основном из более мелких взрослых особей. Например, исследование 2025 года показало, что сильно облавливаемая балтийская треска стала на 48% короче в длину с 1996 по 2019 год.
Последствия усугубляются. Мелкие взрослые самки производят гораздо меньше икры. Например, у атлантической трески самка, вдвое меньшая по размеру, чем 30-килограммовая самка, откладывает не 50% от количества икры; она откладывает около 4% – и ее икринки мельче, что снижает запас энергии, повышающий шансы на выживание.
Игнорируя то, как действуют факторы отбора, рыбная промышленность в итоге стала разводить будущие поколения в основном из более мелкой рыбы с меньшей репродуктивной способностью. Это уменьшило не только средний размер взрослых особей, но и их общую численность – и способствовало глобальному кризису перелова.
Лечение рака
Во многих областях понимание эволюционных результатов отбора дает мощное – и часто недооцененное – понимание.
Медицинские ученые все лучше понимают динамику, при которой чрезмерное использование антибиотиков способствовало росту устойчивых к антибиотикам бактерий. Убивая бактерии, которые легче всего уничтожить, мы уменьшаем конкуренцию для более устойчивых.
Это понимание вдохновило на новый подход к лечению некоторых видов рака, называемый адаптивной терапией.
Опухоли, как правило, состоят из клеток, различающихся по устойчивости к лечению рака.
Традиционные подходы предполагают, что целью должно быть уничтожение всех раковых клеток. Но попытки полного уничтожения часто дают обратный эффект и также убивают пациента, потому что устойчивые к лечению клетки выживают, сталкиваются с ослабленной конкуренцией и, следовательно, процветают и размножаются.
Напротив, адаптивная терапия направлена на сдерживание наиболее опасных раковых клеток путем сохранения некоторых восприимчивых к лечению раковых клеток для конкуренции с ними. Когда опухоль начинает расти, врачи увеличивают дозировку лечения. Когда опухоль начинает уменьшаться, врачи снижают дозу.
Для некоторых пациентов этот подход может помочь контролировать рак в течение значительно более длительных периодов, даже если – и на самом деле именно потому – это лечение не стремится полностью устранить рак.
Мир возможностей
Другие инженеры находят еще больше источников неиспользованного вдохновения в решениях, которые уже разработал естественный отбор.
Нос японского скоростного поезда, например, был переработан на основе клюва зимородка – птицы, которой естественный отбор позволил нырять в воду с минимальным всплеском. Результатом стал более тихий, быстрый и энергоэффективный поезд.
Замечательно прочная и твердая чешуя бразильской арапаймы, рыбы, эволюционировавшей среди прожорливых пираний, вдохновила на новые подходы к улучшению бронежилетов.
Способность геккона ходить вверх ногами по стеклу, используя нано-особенности на щетинках пальцев, использующие силу притяжения субатомных частиц, вдохновила на создание нового класса клеящих веществ.
За пределами физических характеристик
Естественный отбор действует не только на анатомические или физические признаки. Он также работает с поведенческими чертами.
В психологии перспективы естественного отбора показывают, как человеческий мозг – который был сформирован естественным отбором для обработки информации таким образом, который влияет на поведение – усваивает одни формы информации легче, чем идентичную информацию, переданную другим способом. Например, люди гораздо лучше вычисляют условные вероятности различных рисков, когда они выражены в виде натуральных частот, таких как «3 из 10», чем когда они выражены на современном языке статистики, таком как «0,3» или «30%». Это потому, что на протяжении 99% человеческой истории информация поступала в мозг в основном в виде целых чисел – людей, предметов и событий.
В юриспруденции эта перспектива проливает свет на такие идеи, как происхождение чувства справедливости у приматов. Есть доказательства того, что естественный отбор благоприятствовал склонности человека замечать, когда к нему относятся несправедливо, помнить, кто за этим стоит, и реагировать негативно как в настоящем, так и в будущем.
В экономике люди склонны ценить только что приобретенный предмет намного выше максимальной цены, которую они заплатили бы за его приобретение. Есть доказательства того, что эта тенденция, известная как эффект владения, была поддержана естественным отбором, когда сделки были рискованными в домодерном мире, во времена, когда передача одного предмета в обмен на другой могла рисковать получить вообще ничего от ненадежного торгового партнера.
Но эта поведенческая склонность имеет меньше смысла в контексте современных экономических инноваций, таких как юридические права, банки и законы, а также механизмов обеспечения соблюдения сделок, таких как полиция и судебные разбирательства. Таким образом, это часть более широкого потока исследований, сосредоточенных на том, как некоторые современные проблемы проистекают из несоответствия между нашим эволюционировавшим мозгом и нашей современной человеческой средой, которая кардинально изменилась за мгновение ока эволюционного времени.
Все это означает, что логика естественного отбора имеет огромную практическую ценность: она может помочь нам выявлять проблемы, вдохновлять на новые решения и осознавать, когда наши собственные действия молчаливо подрывают наши цели.
Эта статья перепечатана из The Conversation, некоммерческой независимой новостной организации, предоставляющей вам факты и надежный анализ, чтобы помочь вам разобраться в нашем сложном мире. Она была написана: Оуэн Д. Джонс, Университет Вандербильта
Читать далее:
Если эволюция реальна, то почему она не происходит сейчас? Антрополог объясняет, что люди на самом деле все еще эволюционируют
В тропическом раю, известном как «Остров Ящериц», исследователи вскрывают черный ящик эволюции – ученый за работой
В своей основе жизнь – это игра, просто посмотрите на животный мир
Оуэн Д. Джонс получал финансирование от Фонда Макартуров, Национального научного фонда и Фонда Гленна М. Уивера.