Компьютерные эксперименты с такими объектами, как клеточные автоматы и фракталы, с которыми я время от времени знакомлю читателей "КВ", нередко наводят на серьезные, глубокие размышления о природе и устройстве нашего мира. Причем не просто наводят на размышления, а подсказывают ответы на некоторые принципиальные вопросы. Одним из таких вопросов, имеющих фундаментальное общенаучное и философское значение, является проблема самопроизвольного происхождения природных объектов сложной и совершенной геометрической формы.

В неживой природе образуется множество кристаллов различной формы. Строго упорядоченные геометрические структуры встречаются и на молекулярном уровне организации живой материи. Например, белковые оболочки частиц некоторых вирусов имеют форму правильных многогранников, относящихся к так называемым платоновым телам. В этом случае геометрический порядок вообще представляется, на первый взгляд, трудно объяснимым. Платоновы тела традиционно относят к идеалам геометрического совершенства и гармонии. Поэтому возникает вопрос: как такое тело могло образоваться сразу и само собой в эволюционном процессе?

На гравюре "Порядок и хаос" одного из наиболее известных художников-графиков прошедшего двадцатого столетия М. К. Эшера в качестве символа порядка изображено совершенное симметричное геометрическое тело. Подсознание ориентирует нас на то, что такие формы рождаются только в результате разумного внешнего воздействия. Но это не так. Факты свидетельствуют о том, что они могут возникать совершенно самопроизвольно.

Визуальные эксперименты с симметричными и самоподобными формами в творчестве М. К. Эшера предвосхитили будущее развитие фрактальной геометрии. Глядя на его работы, понимаешь, что симметрия - как бы первая форма фрактальности. Симметрия связана с повторяемостью в пространстве. Причем, рассуждая о симметрии, мы чаще всего имеем в виду простую "одноуровневую" повторяемость. В случае же с фракталами мы сталкиваемся с более сложной, взаимно вложенной повторяемостью, когда повторяются не только детали формы, но и детали деталей и детали деталей деталей...

Многие элементы молекулярных машин, лежащих в основе функционирования живых систем, имеют формы правильных симметричных геометрических объектов. Зададимся вопросом: "Как они смогли сформироваться в живой природе сами по себе?" В нашем подсознании крепко "зашита" уверенность в том, что такого рода порядок характерен для объектов искусственного происхождения, но не для природных образований. Тем не менее, как-то это все же произошло. Следует учесть, что на "разработку" фундаментальных молекулярных машин живого земная природа потратила более половины времени своего существования. Вся остальная эволюция живых форм заняла вторую меньшую часть истории Земли. При этом на молекулярном уровне организации живой материи с момента своего возникновения принципиальных или концептуальных изменений больше не происходило. Тот же самый код, примерно та же самая репликация матриц ДНК и РНК примерно тем же самым способом.

Геометрическая упорядоченность и симметрия форм некоторых молекулярных элементов живых систем лишь на первый взгляд выглядит парадоксом. Просто иначе быть и не может. Чтобы пояснить эту мысль, обратимся к аналогии. Некоторое время назад имела хождение забавная головоломка, которая представляла собой набор из шести совершенно одинаковых простых деталей, выполненных из цветного органического стекла. Детали имели продолговатую форму с двумя симметричными вырезами (на фото для ясности фигуры очерчены белыми линиями). Из этих деталей, проявив определенную смекалку и поборов инертность мышления, можно было сложить без помощи каких-либо дополнительных средств совершенно правильный и абсолютно устойчивый целостный многогранник. В зависимости от формы исходных деталей, получались многогранники нескольких типов. То есть, в рамках их простой геометрической организации возможна была даже определенная изменчивость форм.

Сами же исходные элементы головоломки логически представляли собой некий геометрический аналог палиндрома. В одной из своих прошлых публикаций ("Алгоритмическая загадка молекулярной эволюции", "КВ" №33, 2002 год) я уже касался модели и механизма самопроизвольного и закономерного образования палиндромов в процессе так называемой конвариантной матричной редубликации. Напомню, что там речь шла об алгоритме естественного и неизбежного самопроизвольного возникновения симметричных кодов в ходе последовательных циклов копирования с ошибками исходных, совершенно хаотических наборов букв. На фотографию наложено два примера работы программы, моделирующей этот алгоритм, который я назвал двумерной вероятностной машиной.

Теперь представляется возможным построить логическую цепочку причинно-следственных связей от случайного набора символов-мономеров до возникновения сложной пространственной симметричной структуры.

Если объединить две эти аналогии - модель двумерной вероятностной машины с самоорганизующейся программой и способ сложения правильных симметричных многогранников из простых геометрических палиндромов, то механика самообразования строго упорядоченных симметричных структур на молекулярном уровне организации живой материи выглядит совсем не столь необъяснимой и загадочной. Напротив, иначе и быть не могло. Самыми устойчивыми и выгодными, а часто и единственно возможными формами агрегатов простых деталей были именно правильные симметричные структуры. Они в процессе предбиологической эволюции и оказались наиболее жизнеспособными.

А. КОЛЕСНИКОВ,
andr61@mail.ru