Стратегическая хаотичность в биологии

 

В 1930 году сэр Рональд Фишер показал, что животные играют в игру, аналогичную орлянке. По идее, у животных в ходе эволюции должна была сформироваться стратегия, помогающая вычислять, потомство какого пола нужнее производить в сложившихся обстоятельствах. Способность предсказывать, какой пол будет более востребован в следующем поколении, давала бы преимущество: можно было бы производить потомство только “дефицитного” пола, который будет пользоваться высоким спросом. В популяции, состоящей из одних самок, единственный самец добьется высокого репродуктивного успеха, распространив свои гены по всему генофонду популяции. То же самое с единственной самкой в популяции самцов. Так стоит ли животным пытаться переплюнуть своих эволюционных противников в предсказаниях? Фишер считает, что нет. Как и в орлянке, лучшая стратегия здесь – поступать случайным образом, а именно – производить потомков каждого пола с одинаковой вероятностью. Соотношение полов балансируется стратегически, а вовсе не потому, что какой‑то биологический закон предписывает численное равенство самцов и самок в популяции. (Как показал Уильям Гамильтон, для некоторых паразитов с необычными схемами размножения оптимальная стратегия предполагает иное соотношение полов – например, 3 самца на 11 самок, – и такие виды успешно поддерживают смещенный баланс.)

Чтобы понять, чем полезна хаотичность на уровне поведения, биологам потребовалось больше времени. В 1957 году Майкл Чанс опубликовал небольшой классический труд, озаглавленный “Роль судорог в поведении” (The role of convulsions in behavior). Ученые долго не могли разгадать загадку, почему лабораторных крыс нередко одолевают странные судороги, когда лаборанты неожиданно гремят ключами. Почему некоторые звуки вызывают у животных такие вроде бы дезадаптивные припадки, во время которых крысы травмируются о прутья клеток? Чанс выяснил, что крысы реагируют на звон ключей так же, как на приближение опасного хищника. Если в клетке есть укрытие (небольшой домик), крысы в ответ на опасные звуки просто бегут к нему и прячутся внутри. Конвульсии начинаются, только если спрятаться негде. Это наводит на мысль, что такая реакция не патологична, а скорее адаптивна и развивалась как крайняя мера в оборонительном поведении. Жертву в бурных конвульсиях, включая предсмертные, хищнику сложнее поймать и удержать. Доктор Чанс – в соответствии со своей фамилией – утверждал, что у крыс в ходе эволюции выработались защитные поведенческие стратегии, в основе которых лежит случайность.

Вскоре после экспериментов Чанса с крысами Кеннет Рёдер обнаружил, что звуки, издаваемые летучими мышами, могут запускать сходное хаотичное поведение у мотыльков. Летучие мыши охотятся на мотыльков при помощи эхолокации: они издают ультразвуковой писк и находят цель, ориентируясь по отраженным волнам. Если вы, будучи мотыльком, неожиданно получили ультразвуковой удар, можете не сомневаться: где‑то рядом алчная пасть крылатого хищника. Рёдер обнаружил, что мотыльки, уворачиваясь от погони, начинают совершать чрезвычайно непредсказуемые движения, в том числе кувырки, петли и пикирование. Гены предсказуемого поведения мотыльков, вместо того чтобы перейти к следующему поколению, как правило, перевариваются в утробе рукокрылых.

 

Протеическое поведение

 

В 1970 году британские этологи Питер Драйвер и Дэвид Хамфрис предположили, что странные реакции крыс и мотыльков – пример протеического поведения. Они назвали такое адаптивное непредсказуемое поведение в честь греческого речного бога Протея. Многие враги Протея пытались его поймать, но он всегда ускользал, непрерывно и непредсказуемо меняя свою форму – из животного в растение, из растения в облако, из облака в дерево и так далее. В своей книге 1988 года “Протеическое поведение: биология непредсказуемости” (Protean Behaviour: The Biology of Unpredictability) Драйвер и Хамфрис представили детальную теорию хаотичного поведения, которая опиралась на большой объем полевых наблюдений. К сожалению, авторы не провели параллели со смешанными стратегиями из теории игр, и потому они, эти пророки генетического индетерминизма, так и не заняли должного места в истории эволюционной теории.

Логика протеизма проста. Если кролик будет убегать от лисы всегда по одному и тому же кратчайшему маршруту, лисе будет проще предсказать его перемещения. Тогда шансы кролика накормить лису повысятся, а шансы передать свои гены потомкам, наоборот, снизятся. Животных за предсказуемость наказывают их естественные враги, способные к прогнозированию. Вместо того чтобы убегать по прямой линии, кролики выписывают причудливые зигзаги – проявляют протеизм, благодаря которому кроликов гораздо труднее поймать. Как и мотыльки, кролики, по всей видимости, обзавелись специальными мозговыми механизмами, которые рандомизируют их движения при бегстве от хищника.

Протеическое бегство, наверное, самый распространенный и самый эффективный способ не достаться хищнику. Им пользуются практически все подвижные животные на земле, под водой и в воздухе. Именно из‑за протеизма предсказать перемещения обыкновенной комнатной мухи в следующие 10 секунд сложнее, чем траекторию орбитального движения Сатурна в следующие 10 миллионов лет. Но протеизм характерен не только для бегства. Эффективность практически любого поведения можно повысить, сделав его элементы непредсказуемыми для естественных конкурентов. Хищники, например, тоже пользуются стратегией протеизма, чтобы сбить с толку жертву. Так, ласка, охотясь на полевок, исполняет “сумасшедший танец”. Она прыгает как ненормальная, гоняется за своим хвостом, мотает головой, лижет лапы – и в то же время незаметно подбирается к озадаченной жертве. Последовательность странных, на первый взгляд бессмысленных действий сбивает полевку с толку. Охотники из числа австралийских аборигенов танцуют такие же дикие танцы, чтобы загипнотизировать кенгуру, на которых охотятся. Возможно, наши предки‑гоминиды поступали так же.

На важность протеизма указывает и игровое поведение животных. Оно выражается в основном в игривой имитации погони и борьбы. На уровне двигательных паттернов игра – это оттачивание навыков преследования и избегания ударов и укусов. Но на уровне физиологии это тренировка навыков протеизма и прогнозирования.

Непредсказуемость полезна на многих уровнях. Так, у осьминогов и каракатиц в моменты опасности начинаются “цветовые конвульсии”: пигментные клетки их кожи, которые напрямую контролируются нервной системой, окрашиваются в разные, непредсказуемо сменяющие друг друга оттенки. Изменчивые узоры обманывают перцептивные ожидания хищников: только что каракатица была покрыта черными полосками – и вот уже пошла красными пятнами. Хищнику трудно удержать в голове эфемерный образ своей цели, и он перестает понимать, за кем, собственно, он охотился. Идея протеизма универсальна: в любой ситуации, когда одно животное заинтересовано в предсказании поведения или внешнего вида другого животного, второе получит преимущество, если станет непредсказуемым.

 

Протеизм vs наука

 

Возможно, протеизм – одна из причин, почему наукам о поведении лучше дается описание явлений, чем их предсказание. Иногда мы можем объяснять поведение постфактум и даже делать прогнозы усредненного поведения, основываясь на статистике. Но почти невозможно предсказать, влево или вправо прыгнет конкретный кролик в конкретной ситуации.

В физических науках много примеров непредсказуемости, но они, как правило, представляют собой результат случайности, а не чьей‑то задумки. Квантовая теория признает, что элементарные частицы “шумят”[90], но она не предполагает, что эта хаотичность существует только для того, чтобы расстраивать физиков. Теория хаоса показала, что поведение многих систем очень чувствительно к начальным условиям. В краткосрочной перспективе траектория их развития предопределена, но в долгосрочной становится непредсказуемой. Однако теория хаоса не приписывает хаотичным системам никаких стратегических намерений. Науки о поведении попытались следовать примеру физики и рассматривать непредсказуемость как “шум”. Если одно и то же животное, попадая в одну и ту же ситуацию, поступает по‑разному, это называют поведенческим шумом. Но ведь именно этой способностью эволюция наградила мотыльков и кроликов – спасаться от хищников за счет непредсказуемости. Любимый статистический метод психологов, дисперсионный анализ, рассматривает поведение как результат взаимодействия детерминант среды и случайного шума, не имеющего адаптивного смысла. Дисперсионный анализ не учитывает протеизм, поскольку не отделяет случайные ошибки от адаптивной непредсказуемости.

Протеизм не укладывается в рамки этой научной логики. Он адаптивен и в то же время похож на квантовый шум, одновременно функционален и непредсказуем – и этим напоминает человеческую креативность. Вполне возможно, что труднопредсказуемое поведение животных – нечто большее, чем просто побочный эффект сложности их мозга. Быть может, непредсказуемость – это функция мозга, которая развивалась в эволюции специально для того, чтобы загонять в тупик и поражать всех “психологов”, живших до нас. Чтобы понять, почему психология так сложна, нам нужно перестать думать о мозге как о физической системе, полной квантового шума и хаоса, или же как о вычислительной системе, полной информационного шума и программных багов. Нам нужно увидеть в мозге биологическую систему, которая эволюционировала для производства определенных типов адаптивной непредсказуемости в определенных условиях конкуренции и ухаживаний. Если протеизм не искать, то он и не найдется.

 

Как работает протеизм

 

Протеизм не требует, чтобы в вашем мозге царила кортикальная анархия в виде случайных нейронных возбуждений. Хаотичность вносится в ваше поведение лишь на определенном уровне и в соответствии с ситуацией. Если вы хаотично убегаете от хищника, траектория вашего перемещения в пространстве, вероятно, непредсказуема. Но на многочисленных других уровнях вы все еще поддерживаете порядок: согласованность распространения потенциалов действия по нервам – для стимуляции мышц, слаженность работы мышц – для приведения в движение конечностей, координированность движений конечностей – для обеспечения эффективного аллюра, зрительно‑моторную координацию – для избегания препятствий. Протеизм – это стратегическое использование хаотичного поведения в моменты, когда нужно быть непредсказуемым. Он далек от мазохистского подчинения Фортуне, языческой богине случая и удачи. Протеизм – предвестник человеческой креативности: она тоже подразумевает стратегическое использование новизны с целью воздействия на окружающих, а не хаотичное комбинирование случайных идей.

Протеизм поведения особи в одной ситуации не означает, что она в любой ситуации будет вести себя как генератор случайных чисел. Психологи изучают человеческую способность к рандомизации еще с 1950‑х, но, как правило, делают это с помощью письменных тестов, которые не позволяют оценить естественную способность к протеизму. Например, когда испытуемых просят написать случайную последовательность из слов “орел” и “решка”, полученные результаты проваливают статистические тесты на близость к случайным: в них слишком много чередований (“орел, решка, орел, решка”) и мало длинных повторов (“орел, орел, орел, орел”). К середине 1970‑х, когда были проведены уже десятки экспериментов по генерации случайных последовательностей, психологи пришли к выводу, что людям рандомизация дается безнадежно плохо.

Однако во время выполнения этих тестов у людей, как правило, не было никакого стимула поступать случайным образом. Когда он есть, получается намного лучше. В 1980‑х психолог Аллен Ньюрингер обнаружил, что и крысы, и люди способны генерировать почти идеальные случайные последовательности, если получают вознаграждение и заинтересованы в выполнении задания. Кроме того, имеет значение социальная обстановка. Амнон Рапопорт и Дэвид Будеску выяснили, что, играя в орлянку на реальные деньги, люди очень быстро учатся рандомизировать свои ходы. Им даже не нужно говорить, чтобы они поступали случайным образом: они сами приходят к тому, что выгодно быть непредсказуемыми.

Читая лекции о протеическом поведении, я обычно прошу двух человек из зала сыграть в орлянку британскими фунтами, то есть повышаю ставку по сравнению с обычной, выраженной в пенни. Я даю каждому игроку по 10 фунтов и говорю, что после 10 раундов они смогут забрать выигрыш себе. Возможность заработать 10 фунтов за пять минут чудесным образом концентрирует мозги британской академической публики. Разворачивающаяся затем драма предсказаний, контрпредсказаний, алчности, страха, фрустрации и недоверия – о, это стоило бы видеть! Я не даю игрокам инструкции вести себя случайным образом, они сами постепенно понимают, что это лучшая стратегия. Тот, кто чередует орлы и решки слишком предсказуемо, быстро теряет 3–4 фунта. Большинство игроков приходит к тому, что гораздо проще самому поступать хаотично, чем пытаться предугадывать действия соперника. Наша врожденная способность к протеизму проявляется только в тех стратегических ситуациях, где успех зависит от непредсказуемости.

У обычных людей отлично получается рандомизировать свои действия, аутисты же к этому не способны. Психолог Саймон Барон‑Коэн обнаружил, что аутичным людям очень плохо дается хаотичное поведение в играх, подобных орлянке. Он объяснил это тем, что, возможно, аутисты лишены “теории разума” – психического механизма, благодаря которому обычные люди понимают убеждения и желания других. Аутичные люди, видимо, не способны осознать, что другие могут прогнозировать их действия, и потому сами обычно играют очень предсказуемо – просто чередуют орла и решку. Похоже, чтобы рандомизировать свои стратегии в новой ситуации, нужно понимать, что соперники стремятся предугадать ваши действия. Разумеется, кролику, чтобы выписывать непредсказуемые зигзаги, не нужно проникать в разум лисы: в ходе эволюции его мозг обзавелся специальными нейронными цепями, отвечающими за древнюю игру преследования и уклонения. Кролики не нуждаются в теории разума, чтобы петлять в минуты страха. Вероятно, эта “теория” необходима для протеизма только в эволюционно новых играх, таких как орлянка.