27 ноября 2024
Как Вселенная экспериментирует с мыслящей материей
Об авторе: Виталий Андреевич Антропов – Ph. D история и философия науки, независимый исследователь.
Даже у микроскопических грибов многие биохимические процессы сходны с теми, что происходят в организме человека. Иллюстрация создана с помощью нейросети Kandinskiy 3.1
Почти 30 лет назад один из ведущих российских микологов (то есть специалист в области изучения грибов) Олег Монастырский отмечал: «Можно предположить, что в наше время, примерно с начала 80-х годов, был перейден барьер толерантности человека и культурной флоры к загрязнителям. Мы начинаем вырождаться благодаря этому, если можно так сказать, естественному многокомпонентному биохимическому оружию.
В этой связи интересно отметить следующее совпадение общероссийских явлений. С 80-х годов стал отрицательным и быстро ухудшается индекс прироста населения, резко возрос процент вызванных употреблением некачественной пищи заболеваний и психических нарушений» (Ваганов А.Г. Миф – Технология – Наука. – М.: Центр системных исследований, 2000. – 166 с.).
Научные интересы Олега Александровича лежали в области защиты от токсиногенных организмов и биобезопасности. И, в частности, изучения и защиты от микотоксинов – ядов, продуцируемых грибами (лат. Fungi или Mycota).
Надо заметить, что микотоксины, продукт жизнедеятельности грибов, поражает сельскохозяйственные растения и продукты. По данным продовольственной организации ООН, более 80% мирового сбора урожая продовольственных и кормовых культур загрязнено микотоксинами. Соответственно по трофическим цепочкам весь этот набор ядохимикатов так или иначе проходит через организм человека.
Так, микроскопические грибы рода фузариум (лат. Fusarium), развиваясь на зерне, выделяют более 40 видов токсинов. Недаром одна из характеристик этих созданий – «многоядные паразиты». Причем среда (субстрат), на которой растут грибы, гораздо токсичнее самого очищенного токсина. Особую опасность представляют афлатоксины. Их вырабатывают грибы аспергиллы. Если верить легенде, то, отравившись именно этим токсином, умер Будда. У токсикологов даже существует такая профессиональная шутка: «Первый признак отравления – посинение трупа».
И при этом ученые-систематики долго не знали, куда отнести грибы – к растениям или животным. В итоге только к 1960-м годам таксономисты договорились выделить их в специальное царство. Впрочем, споры о таксономии грибов ведутся до сих пор. Между прочим, 2% биомассы Земли – это грибы. Для сравнения: насекомые, паукообразные и ракообразные – это 0,20%; все представители вида Homo sapiense, то есть мы с вами, люди, «весят» 0,01% в биомассе планеты. Мало того, у грибов многие биохимические процессы сходны с теми, что происходят и в организме человека. Грибы тоже эукариоты, то есть организмы, клетки которых имеют ядра. Отсюда – сходство грибов с животными. Собственно, поэтому микотоксины особенно опасны для Homo sapiense.
Сейчас известно несколько тысяч видов микотоксинов, относительно подробно изучено действие нескольких сотен. Но, как выясняется, мы не можем даже утверждать с абсолютной уверенностью, что у грибов нет… нервной системы. Мозга, если угодно.
«Крест» и «Круг»
В начале ноября издание IFL Science поместило статью «Fungi Throw Shapes, Raising Questions About Primitive Intelligence In Brainless Organisms» («Грибы создают формы, заставляющие ставить вопросы о примитивном интеллекте лишенных мозга организмов»). В ней сообщается об эксперименте, который провели японские ученые из Университета Тохоку и Колледжа Нагаока. Оригинальные результаты опубликованы в научном журнале Fungal Ecology.
Содержание эксперимента, который проводили японцы, даже звучит несколько фантастично, сюрреалистично: исследование принятия решений у грибов.
Известно, что грибы растут, выпуская споры, которые могут прорастать и образовывать сложные переплетения из длинных паутиноподобных нитей под землей (мицелий). Напомним, мицелий или грибница (лат. mycelium) – вегетативное тело грибов, состоящее из тонких (от 1,5 до 10 мкм толщиной) разветвленных нитей, называемых гифами. Развивается эта «нейронная сеть» непосредственно в субстрате и на его поверхности.
Обычно мы видим только небольшую часть гриба на поверхности, но тут как раз главное – субстрат, в котором и развивается обширная сеть взаимосвязанного мицелия. Именно через эту сеть может передаваться информация. Конечно, аналогия с мозгом млекопитающих – нечто вроде нейронных связей – напрашивается сама собой.
В исследовании японских ученых изучалось, как мицелиальная сеть гриба Phanerochaete velutina, вызывающего гниение древесины, реагировала на две разные предложенные учеными ситуации: деревянные блоки, расположенные по окружности и в виде креста.
Исходная логика экспериментаторов понятна: если грибы не обладают навыками «принятия решений», они распространялись бы из центральной точки более или менее равномерно, независимо от положения «кормовых» деревянных блоков. Однако грибы, их мицелии, как оказалось, вполне могут принимать осознанные решения. И еще как могут!
При перекрестном расположении связи оказались плотнее в четырех концевых блоках крестообразной конструкции. Была выдвинута гипотеза: это связано с тем, что самые внешние блоки могут служить «форпостами» для мицелиальной сети; чтобы обеспечить питательными веществами дальнейшую экспансию мицелия, требовались более плотные связи. При круговом расположении степень связи была одинаковой во всех блоках. Однако центр круга оставался пустым. То есть похоже, что мицелиальная сеть «не видела выгоды» в расширении уже занятой области.
Авторы работы сообщают подробности эксперимента. «В настоящем исследовании изучались поведение и способность к разложению древесины мицелиальной сети Phanerochaete velutina… Мы разместили хорошо колонизированные деревянные блоки в двух пространственных расположениях (круг и крест) на почвенной пластине и сравнили развитие мицелиальной сети и гниение древесины в течение 116 дней… В схеме «Крест» внешние блоки продемонстрировали большую степень связи, чем внутренние блоки. Потеря массы деревянного блока была положительно связана со степенью соединения и была значительно меньше при расположении «Крест», чем при расположении «Круг». Эти данные позволяют предположить, что грибной мицелий может «распознавать» разницу в пространственном расположении деревянных блоков как часть их деятельности по разложению древесины».
Другими словами, результаты свидетельствуют о том, что мицелиальная сеть способна передавать информацию об окружающей среде по всей сети и соответствующим образом изменять направление своего роста в зависимости от расположения «кормушки».
|
| Возможно, это не мы изучаем Вселенную, а некий космический субъект наблюдает за нами. Иллюстрация создана с помощью нейросети Kandinskiy 3.1 |
Вывод. Если бы грибы не обладали способностью принимать решения, их рост был бы хаотичным. «Проводя аналогию с нейронами и мозгом, мы предположили, что грибной мицелий обладает когнитивными способностями на клеточном уровне на кончике гифы, называемыми базальными когнитивными способностями или минимальными когнитивными способностями, – подчеркивают авторы. – Кроме того, мы предполагаем, что «узнавание» происходит на уровне всего тела мицелия, возникая в результате сетевых взаимодействий многочисленных кончиков гиф внутри мицелиальной сети. Мицелий грибов, вызывающих гниение древесины, может служить потенциальным объектом для оценки разницы в активности между различными сетями из-за их сетевой природы, активность которой можно измерить по массовой потере древесных ресурсов».
Как отмечают авторы, в этом контексте не имеет значения, обладает ли мицелий сознанием или нет, поскольку когнитивные процессы функционируют независимо от сознания, даже в мозге. «Если мы определим познание как «сенсорную и информационно-обрабатывающую функцию автономных биологических систем», то разница в сетевой структуре и динамики распада древесины, продемонстрированная грибковым мицелием между расположениями «круг» и «крест», может быть формой распознавания грибами», – подчеркивают японские ученые.
Впрочем, остается много вопросов относительно того, почему именно возникли эти различия в заселении мицелием «круга» и «креста». Однако одно можно сказать наверняка: эти подземные грибковые пришельцы более талантливы, чем мы думаем. «Вы будете удивлены, насколько способны грибы, – заявил один из авторов работы Ю Фукасава из Университета Тохоку. – У них есть память, они учатся и могут принимать решения. Честно говоря, разница в том, как они решают проблемы по сравнению с людьми, просто ошеломляет».
Организмы, лишенные мозга, могут демонстрировать удивительные формы интеллекта. (Заметим в скобках: возможно, сами мицелии – это и есть мозг, вынесенный за вегетативное тело гриба, распределенный мозг, так сказать.)
Мыслящие сети
Итак, под землей гифы образуют веретенообразные нити мицелия, подобные обширным сетям, по которым передаются питательные вещества и информация. Но способна ли «думать» эта сеть? Многие наверняка проведут здесь аналогии с нейронной сетью головного мозга человека. Может быть, все различие между «мозговитыми» Homo sapiense и «безмозглыми» представителями царства Fungi объясняется известным законом перехода количества в качество. Кусок человеческой мозговой ткани размером с песчинку содержит 100 тыс. нейронов и 1 млрд синапсов (точек контакта между нейронами). Однако повреждение даже небольшого числа нейронов может вызвать серьезные последствия.
Еще одна напрашивающаяся аналогия – Всемирная паутина, www. Ее сложность в пределе приближается к сложности мозга человека. А это весьма сложное сооружение: примерно 86 млрд нейронов, и каждый нейрон образуют связи с другими нейронами, которые могут составлять до 1 квадриллиона соединений. Число вариантов взаимодействия (сочетаний и перестановок, говоря языком математики) в такой нейронной сети больше, чем число атомов во Вселенной.
Так вот, может так получиться, что однажды мы обнаружим: это не мы, Homo sapiense, наблюдаем за этим объектом, а сама Сеть на определенном этапе наращивания плотности связей начинает пристально, но ненавязчиво изучать нас. Наблюдение за наблюдателем, так сказать…
Но и это не предел. В ноябре 2020 года в журнале Frontiers in Physics итальянские ученые опубликовали статью, в которой сравнили сеть галактик в наблюдаемой Вселенной и нейронную сеть в человеческом мозге. Наблюдаемая Вселенная состоит минимум из 100 млрд галактик. Нейроны в головном мозге и галактики во Вселенной составляют только около 30% всей массы и располагаются в виде длинных нитей и узлов. Около 70% массы состоит из компонентов, играющих менее важную роль: воды в мозге и темной энергии в наблюдаемой Вселенной.
Исходя из общих характеристик этих двух систем, итальянские ученые сравнили сети галактик с участками коры головного мозга и мозжечка. «Мы рассчитали спектральную плотность обеих систем. Этот метод часто используется в космологии для изучения пространственного распределения галактик. Анализ показал, что распределение колебаний в нейронной сети мозжечка в масштабе от 1 мкм до 0,1 мм следует той же прогрессии распределения материи в космической паутине, но, конечно, в более крупном масштабе, от 5 до 500 млн световых лет», – рассказал один из авторов исследования, Франко Вацца из Болонского университета.
Ученые рассчитали некоторые параметры, которые характерны как для сети нейронов, так и для Вселенной. Это среднее количество соединений в каждом узле и тенденция кластеризации нескольких соединений в соответствующих центральных узлах внутри сети. «И снова структурные параметры выявили неожиданные уровни согласованности. Вероятно, взаимосвязь внутри двух сетей развивается по схожим физическим принципам, несмотря на поразительную и очевидную разницу между физическими силами, регулирующими галактики и нейроны. Эти две сложные сети демонстрируют больше сходства, чем те, которые есть у космической паутины и галактики или нейронной сети и внутренней части тела нейрона», – подчеркнул Альберто Фелетти из Веронского университета, еще один соавтор.
Вещество или Существо
Здесь как нельзя кстати привести и знаменитый афоризм французского философа и математика Блеза Паскаля: «Человек – всего лишь тростник, слабейшее из творений природы, но он – тростник мыслящий. Чтобы его уничтожить, вовсе не нужно, чтобы на него ополчилась вся Вселенная: довольно дуновения ветра, капли воды. Но пусть бы даже его уничтожила Вселенная – человек все равно возвышеннее своей погубительницы, ибо сознает, что расстается с жизнью и что он слабее Вселенной, а она ничего не сознает» («Мысли», 1669).
И несмотря на то что это звучит вызывающе и нарочито спекулятивно, простейшие формы познания, когнитивной деятельности, по-видимому, действительно существуют даже у грибов. А вот что сегодня ставится под сомнение в высказывании Паскаля, так это его утверждение, исходная точка, мол, Вселенная «ничего не сознает».
«Вселенная (или по крайней мере какая-то ее существенная часть) – мозг» – это тоже знакомая модель, мало кого шокирующая. Ситуация хорошо знакома не только по произведениям в жанре научной фантастики. На возможность самоорганизации сетей в космологических масштабах обращают внимание и вполне академические, статусные ученые.
Так, например, советский и американский психолог и математик, профессор Калифорнийского университета в Ирвайне Владимир Лефевр в своей книге «Космический субъект» (М., 1996) как раз рассматривает ситуацию осмысленного диалога человека со Вселенной. Причем возможность такого диалога исходит из сугубо физической модели и Вселенной, и Сознания человека. Коротко говоря, Лефевр моделирует психику, сознание набором вложенных одна в другую «матрешкой», тепловых машин. «Я неожиданно обнаружил, что модель человека по сути своей эквивалентна абстрактной тепловой машине», – заявляет Лефевр.
И в этом пункте неожиданно я на собственном опыте убедился в реальности каких-то «космологических сетей причинности». Работает эмпирическое правило: человеку, который чего-либо очень сильно хочет, обычно всегда на помощь приходит случай.
Почти случайно я наткнулся в своем архиве на давнее интервью Владимира Лефевра, которое он дал другому ученому, Александру Левинтову. Мало того, эта беседа была опубликована, насколько я понимаю, в одном из первых выпусков приложения… «НГ-наука». Уже одно название этого чрезвычайно любопытного текста, поводом для которого как раз стала книга «Космический субъект», говорит за себя: «Чуть позже светопреставления. Человек – это лишь орудие достижения физического бессмертия Вселенной» (15 сентября 1999 г.). Вот некоторые выдержки из него.
«В телеологическом подходе открывается совершенно неожиданная возможность. Если что-то предопределяется заранее, то законы природы могут быть подобраны так, что «зародыши» того, что понадобится позже, могут возникнуть до того, как они пригодятся функционально. Что, если это свойство – сознание – есть та эстафета, которую мы, сами того не зная, несем? Сознание – это зародыш некоторого будущего процесса, и такая его структура необходима не для нас, а для того, кто или что будет в будущем. Что, если смысл сознания заключается лишь в том, что разумные существа, подобно куколке бабочки, должны пройти некоторые стадии своего развития и трансформироваться в итоге в огромные космические тепловые машины, акт осознания которых – это особый технологический процесс создания огромных тепловых двигателей и резервуаров тепла?
Это дает определенным зонам Вселенной возможность существовать почти вечно. Если у Вселенной есть цель продлить срок своего существования, то она могла создать заранее особую совокупность законов, которые с неизбежностью приводят к формированию разумных существ, в которых сначала в латентной форме заложен этот двигатель, а потом он превращается в реальный физический процесс.
Но если такая «физико-космическая медитация» является законом природы, то финальное состояние любой достаточно развитой цивилизации – превращение в космический субъект, который стремится осознавать себя многократно и который автоматически должен выделять вовне все меньше энергии. Этакий космический саркофаг. И обнаружить его очень трудно – он не тратит энергии, чтобы кому-то что-то сообщать. Он сам в себе и для себя. Вот какова картина»…
Но в завершение сфокусируем наше рассмотрение парадокса сознания грибным мицелием. Понимание поведения грибов, о котором рассказано выше, может изменить наше представление о биологических экосистемах и эволюции различных типов познания у живых организмов.
Что это все-таки такое – грибы: вещество или существо? Последние исследования в области микологии позволяют несколько обострить постановку вопроса: мыслящее, пусть примитивно, существо; или просто вещество, но тоже – мыслящее? Выглядит, конечно, спекулятивно. Но, как замечает американский философ и социолог, специалист в области исследований науки и технологий Стив Фуллер, «спекуляция» в интеллектуальном смысле отделена от «спекуляции» в финансовом смысле». Впрочем, в данном случае вполне академическое предположение вряд ли можно назвать даже «интеллектуальной спекуляцией». Это всего лишь естественно-научный факт.
