Критическая масса. Как одни явления порождают другие - Филип Болл

Рассматривая в самодельный микроскоп обнаруженную им микровселенную Левенгук с изумлением убеждался, что мир заполнен множеством «маленькю животных», которыми буквально кишело любое вещество, как-либо связаннск с живой материей, пусть даже лишь соприкасавшееся с ней. Например, капля болотной воды напоминала под микроскопом целый зверинец, в котором непрерывно и весьма активно действовали эти существа, названные им анималкулуса- ми (по аналогии с гомункулусом средневековых легенд). «Передвижения этих анималкулусов, — писал он лондонскому Королевскому обществу в 1674 году, — настолько поразительны и разнообразны, что наблюдение за ними доставляло мне истинное наслаждение»1. Всматриваясь в мир этих крошечных существ, Левенгук невольно задавался вопросом о целях и мотивах их деятельности.

Частичные ответы на эти вопросы удалось получить лишь в 90-х годах прошлого века, когда изучением форм и процессов образования бактериальных колоний занялся израильский физик Бен-Якоб, на которого огромное впечатление произвели описанные эксперименты Мацуситы. Бен- Якоб значительно расширил и усложнил методику экспериментов. Подобно своим предшественникам он чувствовал, что образуемые бактериями ажурные узоры связаны с тайнами формирования снежинок и многих других микрокристаллических неорганических объектов. Живые клетки явно вели себя подобно мертвым и бездушным молекулам газа. Неужели законы роста бактерий столь же просты, как законы механики?

[53]

Бен-Якоб и его сотрудники тщательно изучили факторы, определяющие формы колоний Bacillus, и выявили множество новых интересных закономерностей для описанных морфологических диаграмм. Им удалось заставить колонии бактерий образовывать сложные завитушки в стиле барокко (рис. 6.1, а), спиралевидные ветви, заканчивающиеся мохнатыми шариками (рис. 6.1, б), и т.д. Изучая такие шарики, исследователи обнаружили поразительную особенность, которую Левенгук, конечно, даже не мог заметить в своем примитивном микроскопе, а именно: они были образованы десятками тысяч длинных тонких клеток, плотно сложенных подобно ниткам в канате и закрученных в клубок. Одним это напоминало бесконечный поток машин на площади с круговым движением, другим — водоворот или вихрь. Образования такого типа ученые отнесли к «вихревому» морфотипу. Еще более поразительным было то, что удлиненные бактерии описываемого вихревого морфотипа оказались мутантами, отличавшимися от исходного штамма бактерий именно склонностью к закручиванию в циклические структуры! Выделенные клетки этого типа при пересеве продолжали дальше образовывать вихревые шарики.

Очень давно, еще в 1940-х годах, ученые сталкивались с этим явлением, но тогда они не обратили на него внимания, а ограничились лишь тем, что окрестили новый штамм характерным названием Bacillus circulans. Бен- Якоба и его коллег особенно поразило то, что движения бактерий оказались согласованными, как если бы все они «сговорились» вести себя одинаково. Образование ветвящихся паттернов в экспериментах Мацуситы как-то еще удавалось объяснить по аналогии, уподобляя случайные блуждания клеток по поверхности агара хаотическому движению частиц газа, однако эта гипотеза оказывалась совершенно бесполезной для описания растущих круговых и вихревых структур. В последнем случае паттерны безусловно свидетельствовали о наличии какого-то организованного, коллективного поведения.

Мы, люди, давно привыкли к коллективным действиям и к согласованию поступков для достижения разнообразных целей, однако в этом нет ничего таинственного. Каждый из нас понимает, что согласованность и точность массового поведения во время военных парадов, открытий Олимпиад и т. п. достигаются просто за счет длительного обучения и тренировки участников, позволяющих обеспечить одновременность действий всех участников, вплоть до самых мелких деталей церемонии. Каждый участник парада знает, что, как и в какой последовательности он должен делать по указке общего центра управления, так как всегда существует задающий программу действий «руководитель». Все прекрасно знают, что существуют специа- листы-социологи, предлагающие свои услуги по расчету, планированию и организации различных массовых мероприятий или даже крупных и сложных общественных структурных преобразований с учетом мотивов поведения народных масс.

Проблема заключается в том, что на уровне бактерий отсутствуют не только сложные мотивы поведения, но и сами центры управления, так как у них нет мозга и нервной системы. В их мире не могут существовать заговорщики и нет правителя типа «Верховного бактерия», диктующего какие-то формы поведения, однако все это не мешает им вдруг проявлять удивительную согласованность в организации движения по спирали. Не напоминает ли это некоторые события человеческой истории, когда события и массовое поведение людей являются или кажутся незапланированными и ненамеренными?

Начнем с того, что групповая активность вовсе не является какой-то специфической особенностью бактерий вида Bacillus, так как коллективное поведение — скорее общее явление в природе, причем иногда оно проявляется в значительно более эффектной форме, чем организация круговых структур. Если бы у микробов был свой Гоббс, то он легко нашел бы прекрасный и вполне реальный образ для своего Левиафана («множество, объединенное в одной личности») в лице плесени Dictyostelium discoideum. При благоприятных внешних условиях (изобилие пищи и воды, теплая погода) эти одноклеточные организмы обитают в иле и грязи совершенно независимо друг от друга, демонстрируя все признаки индивидуального существования. Однако при любом резком ухудшении условий среды обитания (недостаток питательных веществ, засуха и т. п.) их поведение резко меняется, и клетки плесени начинают активно сотрудничать.

Прежде всего они объединяются в агрегаты или кластеры, движущиеся по направлению к общему центру популяции (не напоминает ли это читателю переселения крестьян в города при массовом голоде?). Объединение десятков или сотен тысяч клеток[54] ведет себя при этом подобно единому многоклеточному организму, какому-то крупному «слизняку», способному не только двигаться в качестве отдельного организма и изменять свои формы, но иногда даже образующего «корни». Такой слизняк напоминает причудливое растение с тонким стеблем и каплевидной вершиной. Биологи называют ее плодовой головкой, так как составляющие ее клетки начинают вдруг трансформироваться в споры (как у некоторых растений), которые способны при дальнейшем ухудшении условий обитания выживать самостоятельно почти без питания, что обеспечивает популяции возможность возрождения в далеком будущем. Описание напоминает гоббсовское представление о Духе сообщества: «Личность, действующая от имени множества по взаимному соглашению в общих интересах, защищающая общий мир и благополучие»2.