Нестыковка, или оценка доли пространства состояний, доступного для эволюционного блуждания

В популярных рассказах о возможностях эволюции есть небольшая нестыковка. Покажем это на пальцах.

1. Оценим мощность пространства состояний.
1. Средняя длина эукариотического гена (mean eukariotic coding density base pairs/gene): 1947 пар оснований (см. здесь).
2. Каждый нуклеотид имеет 4 возможных значения A, C, T и G.
3. Пространство возможных строк, таким образом, содержит 4 ¹⁹⁴⁷ = 10¹¹⁷² различных строк.
2. Оценим долю состояний, которые могли быть просмотрены эволюционным блужданием.
1. Всего бактерий на Земле 5 * 10³⁰(см. напр. здесь).
2. Средняя частота мутаций на геном на поколение (mean mutation rate per genome per cell generation): 3 * 10^-3 (см. здесь).
3. Среднее число поколений бактерий в день: 30 (по Р. Докинзу, описавшему длительный эксперимент по эволюции одноклеточных, это число составляет 6-7, так что мы даём фору).
4. Всего дней в распоряжении эволюции: 1.825 * 10¹³ (из расчёта 5 миллиардов лет — дадим им такую фору).
5. Перемножаем все эти числа. Получаем: 8.2125 * 10⁴² состояний, которые могут быть просмотрены эволюционным блужданием, то есть порядка 10⁴³ = 2¹⁴³ состояний.
6. Итак, из всего пространства мощностью 10¹¹⁷² возможных нуклеотидных строк эволюция могла просмотреть максимум 10⁴³. Доля пространства, доступного эволюционному блужданию за всю историю биоты, таким образом, составляет 10⁴³/10¹¹⁷² = 10^-1129. Это практический нуль.

Заметим, что в процессе оценок мы всё время давали фору эволюции (оценки верхние). Например, не учитывался дрейф и низкая чувствительность естественного отбора. Учёт этих и других факторов ухудшил бы оценки возможностей эволюции. Но даже при самых благоприятных для эволюции предположениях концы как-то с концами не сходятся, согласитесь. Грандиозного шоу, о котором говорил Р. Докинз в отношении опытов Р. Ленского по эволюции E.coli, как-то не получается. Чего же дарвинисты хотят от несчастной эволюции, которая толком пространство поиска просмотреть не в силах?

Сторонник теории эволюции мог бы возразить: ну так, хорошо! Смотрите, сколько эволюция смогла, даже при том, что, в статистическом смысле, ещё и не начинала просматривать пространство состояний (доля просмотренных состояний, как видим, — практически нуль). Однако, это было бы справедливым возражением, если бы независимо полученные оценки распределения функции по пространству состояний были бы на много порядков большими, чем они есть. В разных источниках приводятся разные оценки, но по порядку величины плотность функциональных состояний (в пространстве полипептидов) оценивается в 1 функциональное состояние (полипептидную строку) на каждые 10⁶³..10⁷⁷ (см. здесь). Вера в возможности эволюционного блуждания по пространству параметров имела бы практические основания только тогда, когда плотность функции была бы настолько большой, что можно было бы сказать: куда ни кинь, всё клин. Но это не так!

И последнее. Для тех, кто всё-таки трепетно относится к вопросу о возможностях эволюции, особо отмечу, что отбор в нашем оценочном расчёте вообще не участвовал, поскольку он ни при чём. Для того, чтобы отбор заработал, необходимо, чтобы «нужные» строки были в генетическом пуле, а это может быть только если соответствующие строки были предварительно внесены в пул мутациями. Никак иначе, если верить теории эволюции.

Итак, что же делать с такой нестыковкой? Возможен единственный здравый ответ: на практике эволюция — это всего лишь информационный шум. Максимум возможны незначительные движения по оптимизации уже имеющейся функции естественным отбором. Частным случаем таких незначительных движений является «новизна» засчёт упрощения изначальной функции (сопротивление антибиотикам, например). За появление функционально сложной новизны эволюция на практике отвечать не может. Реальная сложная биофункция на практике есть результат исключительно целенаправленного дизайна. Третьего не дано. Человеческая интеллектуальная деятельность по созданию функционально сложных систем (не в последнюю очередь, искусственной химии и синтетического генома) только подтверждает это.

Как учёт интеллектуального фактора мог бы выглядеть практически в плане построения теории дизайна? Данную нестыковку между оценками, с одной стороны, мощности пространства состояний и, с другой, вероятностных ресурсов в распоряжении эволюции можно было бы устранить, стартуя не из одной популяции, а из множества, то есть если принять, что начальное состояние биоты характеризовалось множеством популяций (генетический лес). Итак, вместо дарвиновского древа, наша теория дизайна могла бы постулировать (на основе приведённых выше практических соображений) стартовый лес. Однако это естественное предположение жёстко конфликтует с мировоззренческими установками дарвинизма. Вот в этом и состоит реальная причина неприятия идей дизайна в биологии.

См. также гипотезу Шермана универсального генома, где проблема нестыковки вероятностных ресурсов решается иначе. Эта дизайн-совместимая теория постулирует существование универсального генома (так сказать, one size fits all):

• оригинальная статья
• популярное изложение идеи.