Этот процесс не включает ни волшебствоволшебства, ни какиекаких-то специальные специальных свойства молекул и квантово-механических сил. Не требуется даже специальных соответствующих друг другу форм, которые позволяют молекулам белка самостоятельно собираться в машины. Если положить мраморные шарики одинакового размера на поднос и встряхнуть, они также тоже образуют правильные рисунки.
Кристаллы растут путём проб и удалением удаления ошибок, путём варьирования и селекции. Никакие крошечные руки их не собирают. Кристалл может начинаться со случая молекул, собирающихся в группу: молекулы блуждают, сталкиваются и собираются в группы случайным образом, но группа держится вместе лучше всего, когда она упакована в правильную кристаллическую структуру. Далее в первоначальный маленький кристалл ударяются другие молекулы. Некоторые тыкаются в неправильные места или с неправильной ориентацией; они плохо прилипают и от колебаний вновь отваливаются. Другие случайно попадают нужным образом; они лучше прилипают и часто чаще остаются. Слой строится на слое, расширяя кристаллическую структуру. Хотя молекулы сталкиваются случайным образом, они не прилипают случайно. Порядок растёт из хаоса путём варьирования и селекции.
Эволюционирующие молекулы
В росте кристаллов каждый слой образует шаблон для следующего. Однородные слои накапливаются и формируют твердый блок.
В клетках нити ДНК или РНК также могут служить в качестве шаблонов при помощи ферментов, которые действуют как молекулярные копировальные машины. Но элементы, из которых строятся нити нуклеиновых кислот, могут быть устроены во многих различных последовательностях, и нить шаблона может отделиться от копии. И нить, и её копия могут далее снова быть скопированы. Биохимик Сол Спиджельман использовал копировальные машины (белки из вируса) для экспериментов в испытательной пробирке. Даже . Говоря просто, безжизненная среда дуплицирует молекулы РНК.
Представьте себе нить РНК, плавающую в испытательной пробирке вместе с копировальными машинами и элементами РНК. Нить кувыркается и изгибается, пока она не наталкивается на копировальную машину в правильном положении, чтобы слипнуться. Элементы толкутся вокруг, пока один нужного вида не встретит копировальную машину в правильном положении, которая соответствует нити шаблона. Как только соответствующие элементы ухитряются попасть в нужное положение, машина захватывает их и привязывает их к растущей копии; хотя элементы сталкиваются случайным образом, машина связывает выборочно. В конце концов, машина, шаблон и копия разъединяются.
В терминологии зоолога Ричарда Давкинса из Оксфорда, объекты, которые делают копии себя, называются репликаторами. В этой окружающей среде молекулы РНК подходят под определение: единственная молекула скоро превращается в две, потом четыре, восемь, шестнадцать, тридцать две, и так далее, умножаясь экспоненциально. Далее скорость репликации снижается: постоянный запас белковых машин может производить копии только со какой-то скоростью РНК, независимо от того, сколько молекул шаблона соперничают друг с другом для их услуг. Ещё позже сырья для создания РНК-молекулы становится недостаточно, и репликация задерживается вплоть до остановки. Быстро растущее число молекул достигает предела роста и останавливает репродуцирование.
Копировальные машины, однако, часто копируют неправильно нить РНК, вставляя, удаляя или неправильно сопоставляя элемент нити. Получающаяся в результате нить с мутациями тогда отличается по последовательности элементов или по длине. ТакиеПодобные изменения довольно случайны, и изменения накапливаются по мере того как скопированные с ошибкой молекулы снова копируются с ошибкой. По мере того как молекулы размножаются, они начинают отличаться от своих предшественников и друг от друга. Это может выглядеть как рецепт, приводящий к хаосу.
Биохимики нашли, что различающиеся молекулы РНК копируются с разными скоростями, в зависимости от их длин и структуры элементов. Потомки более быстрых репликаторов, естественно, становятся более распространёнными. Действительно, если один вид копируется только на 10 процентов быстрее, чем его собратья, то после одной сотни поколений каждый из более быстрого вида даст в 1000 раз большее число потомков. Малые различия в экспоненциальном росте накапливаются экспоненциально.
Когда в испытательной пробирке заканчиваются элементы, экспериментатор может взять пробу его РНК и "заразить" новую пробирку. Процесс начинается снова, и молекулы, которые доминировали в первом раунде соревнования, начинают начинаются с некоторой форой. Появляются маленькие изменения, по прошествии времени вырастая в большие. Некоторые молекулы размножаются быстрее, и их вид доминирует в смеси. Когда ресурсы исчерпываются, экспериментатор может взять пробу РНК и начать процесс снова (и снова, и снова), сохраняя условия стабильными.
Этот эксперимент показывает естественный процесс: независимо от того, с какой последовательности РНК начинает экспериментатор, кажущийся хаос случайных ошибок и копирование с систематическими ошибками выдвигает вперёд один вид молекул РНК (плюс-минус некоторые ошибки копирования). Его типичная версия имеет известную, четкую последовательность 220 элементов. Это лучший РНК-репликатор в этой среде, так что он «перенаселяет» другие и остаётся.
Копирование, растянутое во времени, копирование с ошибками и конкуренция всегда дают те же самые результаты, независимо от длины или структуры молекулы РНК, с которой начинается процесс. Хотя никто не мог бы предсказать, какая структура выиграет, каждый может видеть, что изменение и конкуренция будут иметь тенденцию выдвигать единственного победителя. В такой простой системе могло бы произойти кое-что ещё. Если эти репликаторы сильно воздействуют друг на друга (возможно, путём выборочных атак или помощи друг другу), то результаты могли бы напоминать более сложную экологию. Но как естьи в том и в другом случае, они просто конкурируют за ресурсы.
Варьирование деталей в этом примере показывает нам кое-что еще: молекулы РНК приспосабливаются по-разному к различным окружающим средам. Молекулярная машина, называемая рибонуклеазой, захватывает молекулы РНК, имеющие определённые последовательности элементов, находящихся на поверхности, и режет их пополам. Но молекулы РНК, подобно белкам, сворачиваются в структуры в зависимости от их последовательности, и путём сворачивания нужным образом они могут защищать свои уязвимые места. Экспериментаторы находят, что молекулы РНК развивают в процессе эволюции способность жертвовать быстрым размножением в пользу лучшей защиты, когда вокруг находится рибонуклеаза. : оОпять-таки же, конкуренция способствует возникновению лучшего.
Заметьте, что в это описание вкрались термины из биологии: так как молекулы копируются, слово "поколение" выглядит правильным; молекулы, "происходящие" от общего "предка", - "родственники", а слова "рост", "размножение", "мутация" и "конкуренция" также выглядят подходящими. Почему так? Потому что эти молекулы копируют себя с небольшими изменениями, так же как это делают гены живых организмов. Когда различные репликаторы имеют различный успех, наиболее успешные имеют тенденцию накапливаться. Этот процесс, где бы он ни происходил, и есть "эволюция".
В этом примере испытательной пробирки мы можем наблюдать эволюцию, «раздетую» до своих наиболее важных сущностных моментов и освобождённую от противоречий, окружающих эволюцию жизни. Репликаторы РНК и белковые копировальные машины - это хорошо определённые наборы атомов, подчиняющихся хорошо понимаемым принципам и эволюционирующих в воспроизводимых лабораторных условиях. Биохимики могут делать РНК и белки из химических веществ, взятых "с полки", без помощи жизни.
Биохимики заимствуют эти копировальные машины от какого-либо вида вируса, который инфицирует бактерии и использует РНК как генетический материал. Эти Такие вирусы выживают, входя в бактериюбактерии, получая свои копии путём использования её ресурсов, и затем выходят наружу, чтобы инфицировать новые бактерии. Копирование вирусной РНК с ошибками производит вирусы с мутациями, и вирусы, которые копируют себя более успешно, становятся более распространёнными; это эволюция естественным отбором, очевидно, названная "естественной", потому что она включает части природы, не относящиеся к человеку. Но в отличие от РНК из испытательной пробирки, вирусные РНК должны делать уметь нечто большее, чем просто скопировать себя как просто молекулы. Успешные вирусные РНК должны также направлять бактериальные рибосомы для построения белковых устройств, которые, во-первых, позволяют им выбираться из старых бактерий, потом выживать снаружи, и в конце концов входить проникать в новые бактерии. Эта дополнительная информация делает молекулы вирусных РНК длиной около 4500 элементов.
ЧтобыДля того чтобы копироваться успешно, ДНК больших организмов должны делать даже больше, направляя строительство десятков тысяч различных белковых машин и развитие сложных тканей и органов. Это требует тысяч генов, закодированных в миллионах или даже миллиардах элементов ДНК. Тем не менееменее, принципиально процесс эволюции путём вариации и селекции сохраняется тем же самым и в испытательной пробирке, и в вирусах, и во многих других случаях.
Объяснение порядка
Имеется по крайней мере три способа объяснить структуру населения молекулярных репликаторов, появившуюся в ходе эволюции, будь то РНК испытательной пробирки, вирусные гены или человеческие гены. Первый вид объяснения - методичное прослеживание их историй: насколько специфические мутации происходили и как они распространялись. Это Это невозможно без записи всех молекулярных событий, а такиеподобные записи каждого события были ли бы чрезвычайно утомительными.
Второй вид объяснения обращается к слову, отчасти вводящему в заблуждение: цель. В сущности, молекулы просто случайно изменяются и выборочно копируются. Однако, если отойти несколько в сторону от процесса, можно было бы описывать результат, представляя, что выживающие молекулы изменялись, чтобы "достичь цели" репликации. Почему молекулы РНК, которые эволюционируют под угрозой со стороны рибонуклеазы, сворачиваются так, как они это делают? Конечно, в результате длительной истории со множеством деталей, но идея, что "они хотят избежать атак и выжить, чтобы размножаться", предсказала бы тот же результат. Язык цели даёт полезное сокращение (кстати, попробуйте без него обсуждать действия человека!), но появление цели не обязательно является результатом функционирования ума. Пример РНК вполне хорошо это показывает.
Третий (и часто лучший) вид объяснения - в терминах эволюции. Он говорит, что порядок появляется путём вариации и селекции репликаторов. Молекула сворачивается определённым образом, потому что это походит на предков, которые размножались более успешно (избегая атаки и т. п.) и оставили потомков, включая себя. Как отметил Ричард Давкин, язык цели (если пользоваться им аккуратно) может быть переведён на язык эволюции.
Эволюция приписывает достижение успеха устранению неудачных изменений. Она, таким образом, объясняет положительное как результат двойного отрицания - объяснение, смысл которого кажется слегка трудным, чтобы ухватить. Что хуже, она объясняет что-то видимое (успешные, нужные объекты) в терминах чего-то невидимого (неудачные объекты, которые исчезают). Поскольку только успешные животные производят потомство, кости которого остаются на местности, после неудачно сформированных образчиков прошлого не осталось даже большого достаточного количества останков.
Человеческой разум имеет тенденцию сосредотачиваться на видимом, ища положительные причины для положительных результатов., располагая силы позади правильных результатов. Однако после некоторых размышлений мы можем видетьим, что этот большой принцип изменил наше прошлое и будет формировать наше будущее: эволюция происходит через вариацию и селекцию репликаторов.
Эволюционирующие организмы
История жизни - история гонки вооружения вооружений на базе молекулярных машин. Сегодня, в то время как эта гонка подходит к новой и более быстрой стадии, мы должны убедиться, что мы понимаем только, насколько глубокифундаментальные корни имеет эволюция. Во временаСейчас, когда идеей биологической эволюции часто пренебрегают в школах, и она иногда подвергается нападкам, мы должны помнить, что доказательства её прочны как скала и также распространены, как клетки.
Сама Земля в каменных страницах сделала запись истории жизни. На дне озер и морей, в раковинах, костях, слой за слоем, откладывался ил. Иногда движущийся поток или смещение пластов вымывали слои; в ином случае они просто становились глубже. Ранние слои сохранялись глубоко, раздавленные, спёкшиеся, пропитанные минеральными водами ии, наконец превратившиеся превратились в камень.
В течение столетий геологи изучили камни, чтобы читать прошлое Земли. Уже давно они нашли морские раковины высоко в разрушившейся и рухнувшей скале горных цепей. К 1785 году, за семьдесят четыре года до ненавистной книги Дарвина, Джеймс Хуттон заключил, что грязь с морского дна была спрессована в камень и была поднята к небесам силами, пока ещё не понятными. Что ещё могли думать геологи, если сама природа врала?
Они видели, что окаменевшие кости и раковины отличались в одном слое от другого. Они видели, что раковины в слоях здесь соответствовали раковинам в слоях там, хотя слои могли находиться глубоко под землёй, находящейся между ними. Они назвали слои (A, B, C, D. .., или осагьяновский, мерамесьяновский, нижний честерианский, верхний честерианский и т. д.) и использовали характерные отложения, чтобы отслеживать слои в скалах. Перемешивание земной коры нигде не оставило полной последовательности слоёв, какой она была, но геологи находили A, B, C, D, E в одном месте, C, D, E, F, G, H, I, J в другом и J, K, L где-то ещё и могли видеть, что A предшествовал L. Геологи, занимающиеся нефтяными месторождениями (даже те, кому нет дела до эволюции или её последствий), всё же используют отложения для определения геологического возраста пород и чтобы отслеживать слои, переходящие из одного места бурения в другое.
Ученые пришли к очевидному заключению. Так же как морские виды сегодня живут на широких площадях, жили и виды в прошлые годыом. Так же как сегодня откладывается слой на слой, так же происходило и тогда. Подобные раковины в подобных слоях отмечают отложения, произошедшие в ту же самую эпоху. Раковины изменяются от слоя к слою, потому что виды изменялись от эпохи к эпохе. Это то, что геологи нашли записанным в раковинах и костях на каменных страницах.
Верхние слои скалы содержат кости недавних животных, более глубокие слои содержат кости и исчезнувших животных, теперь исчезнувших. Еще ещё более ранние слои не показывают никаких следов любых современных видов. Ниже костей млекопитающих лежат кости динозавра; в более старых слоях находятся кости земноводных, далее идут раковины и кости рыб, ещё далее - вообще нет ни костей, ни раковин. Самые старые породы, несущие останки, содержат микроскопические следы отдельных клеток.
Радиоактивное датирование показывает, что этим самым старым следам несколько миллиардов лет. Клетки, более сложные, чем бактерии, датируются временем, несколько большим, чем один миллиард лет назад. История червей, рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих охватывает сотни миллионов лет. Кости, подобные костям человека датируются несколькими миллионами лет. Остатки цивилизаций датируются несколькими тысячами.
За три миллиарда лет жизнь развивалась от отдельных клеток, способных впитывать химические вещества, к совокупностям клеток, реализующим разум, способный впитывать идеи. В пределах этого столетия технология развилась от парового локомотива и электрического света до космического корабля и электронно-вычислительной машины, и компьютеры уже учат читать и писать. С разумом и технологией, скорость развития сделала скачок в миллионы раз или больше.
Другой путь назад
Каменная книга делает запись форм давно умерших организмов, однако живые клетки также несут записи, генетические тексты, которые только теперь могут быть прочитаны. Так же как с идеями о геологиейи, наиболее важные идеи относительно эволюции были известны прежде, чем Дарвин взял в руки перо.
В освещенных лампой храмах и монастырях поколения писцов переписывали рукописи вновь и вновь. Иногда они делали ошибки в словах и предложениях - случайно ли, нарочно ли, или по приказу местного правителя, и по мере того как копируемые рукописи копировались, с помощью человеческих копировальных машин, ошибки накапливались. Наихудшие из ошибок могли быть найдены и удалены, и знаменитые отрывки могли продолжать существование в неизменном виде, но различия накапливались.
Древние книги редко существуют в своих первоначальных версиях. Самые старые копии часто на столетия младше потерянных оригиналов. Тем не менее, из различных копий с отличающимися ошибками ученые могут восстанавливать версии, более близкие к оригиналу.
Они сравнивают тексты. Они могут прослеживать нисходящие линии от общих предков, потому что уникальные рисунки ошибок выдают копирование из общего источника. (Школьные учителя это знают: идентичные правильные ответы на контрольном сочинении ни о чём не говорят, кроме как на контрольном сочинении, но горе студентам, сидящим рядом, кто сдал контрольные работы с одинаковыми ошибками!) Там, где все выжившие копии совпадают, учёные предполагают, что оригинал (или, по крайней мере, последний общий предшественник выживших копий) содержал те же самые слова. Там, где выжившие копии различаются, учёные изучают копии, которые происходили отдельно от отдалённого предка, потому что зоны совпадения тогда будут говорить об общем источнике в версии предка.
Гены походят на рукописи, написанные в четырёхбуквенном алфавите. Во многом так же, как сообщение может принимать много форм на обычном языке (не трудно выразить идею с использованием совершенно различных слов не слишком трудно), так же различные генетические слова могут направить строительство идентичных белковых молекул. Более того, белковые молекулы с различными особенностями устройства могут выполнять одинаковые функции. Совокупности генов в клетке подобны целой книге, а гены - подобны старым рукописям, они копировались снова и снова неаккуратными переписчиками.
Подобно ученым, изучающим древние тексты, биологи вообще работают с современными копиями своего материала (увы, нет биологических свитков Мертвого моря ранних дней жизни). Они сравнивают организмы с похожей внешностью (львы и тигры, лошади и зебры, крысы и мыши) и находят, что они дают подобные ответы на вопросы контрольного сочинения в своих генах и белках. Чем больше два организма различаются (львы и ящерицы, люди и подсолнухи), тем более разные ответы различаются решения и ответы, даже у молекулярных машин, выполняющих одинаковые функции. Продолжая в этом же духе, одинаковые животные делают те же самые ошибки, например, все приматы обделены ферментами для производства витамина С, это упущение, которое разделяется всего лишь двумя другими видами - гвинейской свиньёй и фруктовой летучей мышью. Это намёк на то, что мы, приматы, скопировали наши генетические ответы с общего источника много времени назад.
Тот же самый принцип, который показывает линии происхождения древних текстов (а это помогает исправить их ошибки их копирования), таким образом, также показывает линии происхождения современной жизни. Действительно, это указывает на то, что вся известная жизнь происходит от общего предка.
Выращивание репликаторов
Первые репликаторы на Земле развили способности, превышающие способности молекул РНК, копирующиеся в испытательных пробирках. К моменту, когда они достигли бактериальной стадии, они развили "современную" систему использования ДНК, РНК и рибосом для построения белка. Далее мутации изменили не только саму копирующуюся ДНК, но и белковые машины, а также живые структуры, которые они строят и которым придают форму.
Команды генов формировали более сложные клетки, чем когда-либо, а затем направляли кооперацию клеток, что сформировало сложные организмы. Вариация и селекция благоприятствовали командам генов, которые формировали животных с хорошо защищающей кожей и голодными ртами, оживляемых нервами и мускулами, ведомых глазами и мозгом. Как это выразил Ричард Давкинс, гены строили всё более сложные машины выживания, чтобы помочь своему собственному копированию.
Когда гены собаки копируются, они часто перемешиваются с генами других собак, которые были отобраны людьми, которые затем отбирают, каких щенков держать и каким размножаться. В течение тысячелетий люди превратили волкоподобных животных в серых гончих, декоративных пуделей, такс и сенбернаров. Путём отбора, каким генам выживать, люди изменили и тело, и характер собак. Человеческие желания определили «что такое успех» успех для генов собак; ины едругие факторы определили «что такое успех» для генов волка.
Мутация и отбор генов на протяжении многих эпох заполняли мир травой и деревьями, насекомыми, рыбой и людьми. Позднее появлялись и умножались другие объекты - инструменты, здания, самолеты и компьютеры. И подобно безжизненным молекулам РНК, эти аппаратные средства эволюционировали.
Эволюция технологии
Так же как камни Земли записывают возникновение всё более сложных и дееспособных форм жизни, так же и реликвии и письма человечества записывают появление всё более сложных и дееспособных форм средств производства. Наши самые старые выжившие средства производства - это сам камень, погребённый вместе с останками наших предков; наши самые новые средства производства летают над нашими головами.
Взгляните на комплекс предков космического челнока. Со стороны самолетов, он происходит от алюминиевых реактивных самолетов шестидесятых, которые сами произошли по линии, идущей в прошлое через алюминиевые этажерки Второй Мировой Войны к бипланам из дерева и материи времён Первой Мировой и к планёрам с мотором братьев Райт, и, наконец, к игрушечным планёрам и воздушным змеям. Со стороны ракет, космический челнок восходит к ракетам для полётов на Луну, к военным ракетам, к артиллерийским ракетам прошлого века ("и ракет красные вспышки...") и, наконец, к фейерверкам и игрушкам. Этот гибрид из самолёта и ракеты летает, и путём варьирования компонентов и конструкции аэрокосмические инженеры будут разрабатывать ещё лучшие новые челноки.
Инженеры говорят о "поколениях" технологии; японский проект компьютера "пятого поколения" показывает, насколько стремительно растут и множатся некоторые технологии. Инженеры говорят о "гибридах", "конкурирующих технологиях" и их "быстром размножении". Директор по исследованиям фирмы IBM Ральф. Е. Гомори подчёркивает эволюционную природу технологии, когда пишет о том, что "развитие технологии - намного более эволюционно, чем революционно или ориентированно на прорывы, чем большинство людей себе представляет". (Действительно, даже прорывы, такие важные, как молекулярные ассемблеры, будут развиваться через много маленьких шагов). В цитате, которая предшествует этой главе, профессор Симон университета Карнеги-Мелон подталкивает нас к тому, чтобы "думать о процессе конструирования как о включающем, во-первых, генерацию альтернатив, а затем тестирования этих альтернатив по целому ряду требований и ограничений". Генерация и тестирование альтернатив - это синонимы вариации и селекции.
Иногда различные альтернативы уже существуют. В "Одном высокоразвитом комплекте инструментов" в "Следующем всеобъемлющем земном каталоге", Дж. Болдуин пишет: "Наш портативный магазин развивается уже примерно в течение двадцати лет. На самом деле нет ничего особого в нём за исключением непрерывного процесса удаления устаревших и не отвечающих требованиям инструментов и замены их на более подходящие, что имеет результатом коллекцию, которая стала системой для производства вещей, а не просто грудой оборудования."
Болдуин точно использует термин "развивающийся". Изобретение и изготовление на протяжении тысячелетий производили изменения в конструкции инструментов, и Болдуин отсеивал текущий урожай конкурентным отбором, сохраняя те, такие, что которые работали лучше всего с другими его инструментами, чтобы служить его нуждам. За годы вариации и селекции его система эволюционировала - процесс, который очень рекомендуется. На самом деле, он настаивает на том, что никогда не надо планировать покупку полного набора инструментов. Вместо этого он предлагает покупать инструменты, которые часто приходится занимать, инструменты, отобранные не теорией, а опытом.
Технологические изменения часто делаются специально, в том смысле, что инженерам платят, чтобы они изобретали и тестировали. Однако некоторые новинки есть чистая случайность, подобно открытию сырой формы тефлона в цилиндре, в котором предположительно должен был быть газ тетрафлюороэтилен: когда открыли клапан, она остался внутри; когда клапан распилили, чтобы расширить отверстие, там оказалось странное твердое вещество, похожее на воск. Другие новинки произошли от систематических просчётов. Эдисон пробовал обугливать все, от бумаги до бамбука и паутины паука, пытаясь найти хорошую нить накаливания для лампочки. Чарльз Гудиар просиживал на кухне в течение долгих лет, пытаясь превратить клейкую натуральную резину в прочное вещество, пока наконец случайно не уронил сульфурированную резину в горячую печку, выполнив первую грубую вулканизацию.
При разработке, именно метод информированных проб и ошибок, а не планирование безупречного интеллекта принесло большинство продвижений вперёд; вот почему инженеры строят опытные образцы. Петерз и Ватерман в своей книге "В поиске совершенства" показывают, что то же самое продолжает быть истинным и для совершенствования продуктов, и для совершенствования политики компаний. Вот почему наилучшие из компаний создают "среду и комплекс отношений, которые поощряют экспериментирование", и почему они развиваются "очень по-дарвиновски".
Фабрики создают порядок через вариацию и селекцию. Грубые системы по контролю качества проверяют и отказываются от дефектных частей, перед тем как собирать изделия, а сложные системы управления качеством используют статистические методы, чтобы выяснять причины дефектов и помочь инженерам изменять производственный процесс, чтобы минимизировать дефекты. Японские инженеры, основываясь на работе В. Эдварда Деминга по статистике контроля качества, сделали такую вариацию и селекцию промышленных процессов опорой успеха экономики своей страны. Системы, основанные на ассемблерах, также будут нуждаться в измерении результатов, чтобы исправлять дефекты.
Контроль качества - своего рода эволюция, имеющая целью не изменение, а устранение вредных изменений. Но так же, как дарвиновская эволюция может сохранять и распространять благоприятные мутации, так же качественные системы контроля могут помогать менеджерам и рабочим сохранять и распространять более эффективные процессы, независимо от того возникают ли они случайно или преднамеренно.
Всё, что делают инженеры и изготовители, готовит изделия к их последнему испытанию. Выйдя на рынок, бесконечное множество гаечных ключей, автомобилей, носков и компьютеров конкурируют в борьбе за благосклонность покупателей. Когда информированные покупатели свободны выбирать, изделия, которые умеют делать слишком мало или стоят слишком много, в конце концов, не могут воспроизводиться. Так же как в природе, испытание конкуренцией делает вчерашнего победителя в конкуренции завтрашним донным отложением. "Экология" и "экономика" имеют общего больше, чем только лингвистические корни.
И на рынке, и на реальных и воображаемых полях битвы, глобальное соревнование заставляет организации изобретать, покупать, выпрашивать и воровать всё более действенные технологии. Некоторые организации конкурируют большей частью в предложении людям лучших товаров, другие конкурируют большей частью в запугивании их более совершенным оружием. Обоих толкает прессинг эволюции.
Глобальная гонка технологий ускорялась в течение миллиардов лет. Слепота земляного червя не могла блокировать развитие зорких птиц. Маленький мозг и неуклюжие крылья птицы не могли блокировать развитие человеческих рук, умов и стреляющих ружей. Аналогично, местные запреты не могут блокировать развитие военной и коммерческой технологии. По-видимому, мы должны управлять гонкой технологий или умереть, однако сила технологической эволюции делает из антитехнологических движений посмешище: демократические движения за местные ограничения могут ограничить только мировые демократии, но не мир в целом. История жизни и потенциал новых технологий подсказывают некоторые решения, но это уже вопрос обсуждающийся виз третей чЧаасти книги3.
Эволюция конструкций
Могло бы показаться, что конструирование предполагает альтернативу эволюции, но проектирование попросту вовлекает эволюцию двумя различными способами. Во-первых, развивается сама практика проектирования. Не только инженеры накапливают работающие конструкции, но они ещё и накапливают работающие методы проектирования. Они включают весь спектр, от изложенных в книжечке стандартов по выбору труб до управленческих систем для организации исследований и разработок. И как утверждал Альфред Норд Вайтхэд, "Величайшим изобретением девятнадцатого века было изобретение метода изобретений".
Во-вторых, конструкция сама развивается путём вариации и селекции. Инженеры часто использует используют разработанные математические законы, разработанные, чтобы описывать, к примеру, тепловые потоки и эластичность, чтобы проверять моделируемые конструкции, перед тем как их строить. Таким образом, они намечают планы, далее цикл конструирования, вычислений, критики и изменения конструкции, - просто избегая тем самым расходов по непосредственной обработке металла. Таким образом, создание конструкций происходит через нематериальную форму эволюции.
Например, закон Хука Гука описывает, как металл гнётся и распрямляется: деформация пропорциональна приложенному напряжению; в два раза увеличивается напряжение, в два раза увеличивается растяжение. Хотя он только приблизительно правилен, он продолжает быть довольно точным, пока эластичность металла, наконец, не уступает напряжению. Инженеры могут использовать форму закона Хука для разработки бруса металла, который способен поддерживать груз без слишком большого изгиба, а затем сделать его только немного более толстым, чтобы учесть погрешности в законе и в своих конструкторских вычислениях. Также они могут использовать закон Гукаформу закона Хука для описания изгиба и скручивания крыльев самолёта, теннисных ракеток и автомобильных каркасов. Но простые математические уравнения не подходят прямо для таких изогнутых структур. Инженеры должны подгонять уравнения для упрощения форм (частей конструкции), и далее собрать эти частичные решения для описания изгиба в целом. Этот метод (называемый "анализ метод конечных элементов") обычно требует огромных вычислений, а без компьютеров он был бы невыполним. С компьютерами он стал общеупотребительным.
Такое моделирование продолжает древнюю тенденцию. Мы всегда воображали последствия, в надежде и в страхе, когда нам нужно было выбирать курс действия. Более простые мысленные модели (будь то врожденные или и приобретённые), несомненно, также управляют и животными. Базируясь на правильных мысленных моделях, мысленный эксперимент может заменить более дорогостоящие (или даже смертельно опасные) физические эксперименты, - приобретение, которому эволюция благоприятствовала. Инженерное моделирование просто продолжает эту способность воображать последствия, чтобы делать ошибки мысленно, а не в действиях.
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 |
