Неизбежность разума

Если бы историю Земли можно было запустить заново, появился бы разум? Не обязательно человек — существо с двумя руками и речью, которое строит города, пишет книги и задаётся вопросом о собственном происхождении. Появилось бы вообще что-нибудь, способное всё лучше получать информацию о мире, хранить её, сопоставлять прошлое с настоящим, прогнозировать будущее и выбирать поведение на основании этих прогнозов?

Обычный ответ современной эволюционной биологии звучит осторожно: эволюция не имеет цели. Она не движется к человеку, разуму или сложности. Мутации случайны относительно потребностей организма, естественный отбор действует в конкретных условиях, а история жизни полна упрощений, вымираний и случайностей. Всё это верно. Но из отсутствия цели ещё не следует отсутствие направленной статистической тенденции.

Вода не стремится к морю, однако устройство рельефа и действие силы тяжести делают направление её движения неслучайным. У эволюции нет столь же простого общего направления: её возможности разветвляются, условия меняются, а преимущество всегда зависит от обстоятельств. И всё же отдельные тенденции могут возникать без всякого замысла. Чтобы понять их, нужно искать механизмы, которые снова и снова делают определённые изменения выгодными.

Возможно, разум является одним из естественных последствий такого процесса.

Под разумом здесь мы будем понимать широкий круг способностей: обучение, память, объединение информации из разных источников, предвидение и гибкий выбор поведения. Это не одна величина, по которой можно безошибочно выстроить всех животных в ряд. Прекрасная пространственная память не обязательно сочетается с гибкостью решения новых задач, а сложная социальная жизнь — с умением пользоваться орудиями. Нас интересует расширение самого набора возможностей: как в истории жизни возникают системы, способные решать задачи, прежде недоступные.

Почему информация окупается

Большой и сложный мозг — дорогое приобретение. Нервную ткань нужно построить, питать и обслуживать. Длительное развитие увеличивает зависимость потомства от взрослых. Обучение требует времени и допускает ошибки, а гибкий выбор поведения иногда уступает в скорости простой врождённой реакции.

Эксперименты позволяют увидеть эту цену непосредственно. При искусственном отборе гуппи на увеличение относительного размера мозга улучшение результатов некоторых когнитивных задач сопровождалось уменьшением кишечника и снижением числа потомков. У дрозофил отбор на улучшенную обучаемость выявлял другую плату — снижение конкурентоспособности личинок. Дополнительные способности не возникают вне хозяйства организма: ресурсы, потраченные на них, приходится откуда-то брать. ^[1][2]

Поэтому понятно, почему далеко не все животные становятся всё умнее. Если сравнительно простого поведения достаточно для выживания и размножения, более дорогая система может оказаться обузой. Гораздо интереснее другое: несмотря на эту цену, эволюция снова и снова создаёт условия, в которых дополнительные когнитивные способности окупаются.

Таких условий множество. Если среда меняется, но сохраняет некоторую предсказуемость, прошлый опыт помогает выбирать действия в настоящем. Тогда полезно учиться. Если пища распределена в пространстве и времени, начинает окупаться память: где находился ресурс, когда он восстановится, какие места уже обследованы. У запасающих пищу птиц это вопрос не отвлечённой сообразительности: способность вспомнить расположение запасов может определять, переживёт ли животное трудный сезон. ^[3]

Хищники и жертвы создают ещё один источник требований к обработке информации. Полезно раньше заметить опасность, различить настоящий риск и ложную тревогу, запомнить место нападения или распознать укрытие. При этом успех одной стороны меняет условия для другой. Если жертву становится труднее обнаружить и поймать, преимущество могут получить хищники, способные лучше её искать.

Такая взаимная подстройка не обязательно ведёт к усложнению интеллекта: ответом могут стать скорость, панцирь, яд или маскировка. Но там, где исход зависит от обучения, распознавания и предсказания, возникает возможность когнитивной гонки. Для неё вовсе не требуется, чтобы животное размышляло о мыслях противника. Достаточно, чтобы более эффективная обработка информации одной стороной создавала новые задачи для другой.

С появлением сложных социальных отношений этот механизм получает особенно благоприятную почву. Камень не замечает, что вы научились обходить его справа. Другое животное может заметить — и изменить поведение. Теперь важно различать партнёров и соперников, помнить прошлые взаимодействия, учитывать отношения между окружающими, выбирать момент для сотрудничества или конфликта.

Социальная среда обладает необычным свойством: она реагирует на способы решения возникающих в ней задач. Ваше поведение меняет действия остальных участников, а их действия снова меняют задачу для вас. Это не означает, что любая большая группа неизбежно порождает высокий интеллект. Но социальные взаимодействия способны создавать требования, которые не исчерпываются одним удачно найденным ответом.

Половая селекция добавляет ещё одну возможность. Если способность добыть ресурс, освоить навык или правильно повести себя влияет на успех размножения, когнитивные различия получают дополнительное значение для отбора. Здесь тоже нет универсального правила: выбор партнёра может поддерживать самые разные признаки. Важно, что обучение и гибкость поведения способны приносить выгоду сразу несколькими путями.

Природе совершенно незачем «хотеть разума». Слишком много повторяющихся обстоятельств делают информацию ценной.

Когда рост становится слишком дорогим

Можно возразить: какой бы полезной ни была информация, её обработка рано или поздно становится слишком дорогой. Дополнительная память требует ресурсов, развитие мозга отнимает время, а выгода от следующего улучшения может оказаться меньше его стоимости.

Именно так и происходит во множестве отдельных случаев. История жизни не похожа на непрерывное увеличение мозга. Одни линии долго сохраняют примерно один диапазон возможностей, другие теряют способности, которые перестали окупаться. В определённых условиях простая врождённая реакция эффективнее обучения, а распределение задач внутри группы снижает требования к отдельному участнику.

Однако предел конкретного способа организации ещё не означает предела всех возможных способов.

Если дальнейшее увеличение нервной системы слишком дорого, отбор может поддерживать изменения, позволяющие решать прежние задачи с меньшими затратами. Более экономичная организация выгодна уже сегодня. Ей не нужно возникать ради будущего усложнения. Но иногда такое изменение одновременно открывает возможности, которых у прежней системы не было.

Освободившиеся ресурсы не обязаны пойти на дополнительную обработку информации: они могут достаться росту тела, размножению или чему-то ещё. И всё же один из возможных исходов состоит именно в продолжении когнитивного усложнения. Ограничение тогда становится условием отбора на решение, которое позволяет его обойти.

В исследованиях когнитивной эволюции подобные изменения рассматриваются как возможные крупные переходы. Возникновение нервных сетей, централизация обработки сигналов, новые способы взаимодействия между подсистемами способны менять не только эффективность существующего поведения, но и круг задач, доступных дальнейшей эволюции. ^[4]

Здесь уместна метафора: эволюция может построить новую лестницу там, где старая упёрлась в потолок. Никто не проектирует её заранее. Каждый шаг должен быть жизнеспособен в текущих условиях, а многие попытки ничего не открывают. Но иногда решение локальной задачи меняет пространство последующих возможностей.

Птицы дают наглядный пример того, почему нельзя отождествлять когнитивные ресурсы с массой мозга. У попугаев и певчих птиц нейроны упакованы с высокой плотностью, а некоторые попугаи и врановые обладают числом нейронов переднего мозга, сопоставимым с показателями некоторых приматов, при значительно меньшей массе мозга. ^[5]

Сам по себе этот факт не доказывает, что такая организация возникла именно из-за ограничений полёта. Количество нейронов тоже не является универсальной мерой интеллекта: имеют значение их свойства, связи и организация всей системы. Но пример птиц показывает главное: маленький мозг не обязательно означает скромные вычислительные возможности. Изменение устройства может дать результат, которого трудно добиться одним увеличением размеров.

Поэтому мы постоянно видим локальные пределы когнитивного усложнения, но не можем автоматически объявить любой из них окончательным пределом для биосферы. В другой линии или на другом уровне организации может возникнуть решение, обходящее прежнее ограничение.

Много попыток — и меняющиеся возможности

Есть и более простой механизм, которому вообще не нужен постоянный направленный отбор на интеллект: множество эволюционных линий, каждая из которых проходит собственную историю.

Даже редкий результат становится вероятнее, если возможностей для его возникновения много. В простейшей математической модели, где вероятность события в одной попытке равна p, вероятность хотя бы одного успеха за N независимых попыток составляет 1 − (1 − p)^N. Это не формула неизбежности разума. Для реальной эволюции мы не знаем нужной вероятности, линии не независимы, а условия постоянно меняются. Однако сама статистическая мысль важна: редкость результата в отдельной линии ещё не означает его невероятности в большой совокупности линий.

Даже если средний организм не становится умнее, увеличение разнообразия может расширять диапазон встречающихся способностей. Большинство видов вполне способно сохранять простые и эффективные решения, пока в отдельных ветвях возникают необычные сочетания памяти, обучения и гибкости поведения.

Но эволюция устроена интереснее серии одинаковых бросков кубика. Найденные решения наследуются и меняют условия следующих попыток. Новая сенсорная система делает доступной информацию, которой раньше не было. Новая моторика позволяет иначе воздействовать на среду. Память делает возможными стратегии, бессмысленные без памяти. Социальное обучение открывает доступ к опыту других особей.

Меняется не только число бросков. Меняется сам кубик.

При этом некоторые изменения могут закрывать пути дальнейшего развития, а вымирание — уничтожать целые наборы возможностей. Здесь нет гарантированного накопления. Но есть механизм, благодаря которому вероятность следующего перехода зависит от уже произошедших: некоторые достижения создают почву для новых достижений.

Жизнь создаёт себе новые задачи

Организмы не просто приспосабливаются к готовому миру. Они меняют его, а вместе с ним — условия отбора, действующие на них самих и на их потомков. ^[6]

Животное начинает запасать пищу, и расположение собственных запасов становится важной частью среды. Развивается коммуникация, и сигналы других особей превращаются в ресурс, который полезно распознавать и запоминать. Возникают новые способы сотрудничества и обмана, а окружающие получают задачи, которых прежде не существовало.

Решение одной задачи становится частью следующей.

Такой процесс может поддерживать обратную связь между поведением и когнитивными способностями. Более эффективная обработка информации позволяет освоить новый образ жизни, а новый образ жизни создаёт дополнительные преимущества для памяти, обучения или координации действий.

Это не вечный двигатель усложнения. Обратная связь может ослабнуть, упереться в стоимость или привести к устойчивому состоянию. Тем не менее она показывает, почему набор требований к организму не обязательно остаётся постоянным. Эволюция способна порождать новые задачи по мере появления средств для их решения.

В этом смысле иногда возникает подобие храповика: достигнутый уровень делает следующий более доступным. Зубцы такого храповика ненадёжны — способности теряются, системы распадаются, линии вымирают. Но для общей тенденции не требуется, чтобы каждое приобретение сохранялось навечно. Достаточно, чтобы некоторые приобретения успевали стать основой дальнейших изменений.

Разум за пределами отдельного мозга

Социальное обучение открыло ещё один путь обхода ограничений. Животное получило возможность использовать опыт, приобретённый другой особью. Полезному поведению больше не обязательно возникать заново у каждого носителя через собственные пробы и ошибки.

Этот механизм появился задолго до человека. У разных животных существуют поведенческие традиции, а эксперименты показывают отдельные формы накопления улучшений при передаче поведения. Например, в цепочках сменяющих друг друга пар голубей навигационные маршруты постепенно становились эффективнее. Такие результаты ещё не означают наличия человеческого масштаба культуры, но позволяют увидеть некоторые её предпосылки. ^[7]

В человеческой линии передача и накопление знаний приобрели совершенно иной размах. Язык, обучение, разделение труда и изготовление орудий позволили поколениям пользоваться результатами, которые ни один человек не смог бы самостоятельно воспроизвести с нуля. Письменность дала этим результатам долговечное внешнее хранилище.

Теперь возможности всей системы уже нельзя описать через способности одного мозга. Человек пользуется знаниями, которых сам не открывал, не способен целиком удержать в памяти и зачастую понимает лишь частично. Ограниченность отдельного участника совместима с огромными возможностями сообщества.

Библиотеки, научные институты и вычислительные машины продолжают это расширение. Вместо бесконечного увеличения черепа возникают новые способы хранения, передачи и обработки информации. Биологическая эволюция создала существ, способных поддерживать культурный и технологический процессы, у которых уже есть собственные механизмы изменений.

Здесь важно различать эти процессы: развитие компьютеров не тождественно естественному отбору организмов. Однако для истории когнитивных возможностей переход принципиален. Обработка информации больше не ограничивается нервной тканью, а результаты работы одного поколения могут становиться инструментами следующего.

Очередной потолок оказывается границей определённого способа организации — и появляется возможность продолжить развитие за его пределами.

Случайность человека и закономерность процесса

Конкретная история человека глубоко случайна. Она зависела от мутаций, климатических изменений, переселений, исчезновения одних линий и сохранения других. При повторном запуске истории Земли у нас нет оснований ожидать появления именно Homo sapiens.

Но вероятность повторения человека и вероятность возникновения сложных когнитивных систем — разные вопросы.

Есть ли причины ожидать, что в другой длительно существующей биосфере будут повторяться ситуации, в которых информация полезна? Изменчивая, но отчасти предсказуемая среда; распределённые ресурсы; конкуренты; опасности; взаимодействия между организмами — всё это трудно считать уникальными обстоятельствами человеческой истории. На Земле подобные условия многократно создавали преимущества для обучения, памяти и гибкого поведения.

И сложные когнитивные способности действительно развивались в далёких друг от друга ветвях. Позвоночные, головоногие и насекомые дают разные примеры решения информационных задач. Даже внутри позвоночных птицы и млекопитающие показывают, насколько различными могут быть пути к сложному поведению.

Это не доказывает неизбежности человеческого уровня разума. Но делает менее убедительным представление, будто вся история усложнения обработки информации была одной невероятной удачей, случившейся исключительно с нашими предками.

Иногда этот вопрос обсуждают через мысленный эксперимент: что было бы, если бы 66 миллионов лет назад на Землю не упал астероид? Возникли бы разумные динозавры? Мы не знаем. Предсказывать появление у нептичьих динозавров языка, науки или технологий научных оснований нет.

Однако динозавровая ветвь уже дала существ со сложным обучением, памятью и решением задач. Мы называем их птицами. Вороны и попугаи не отвечают на вопрос о том, какой стала бы Земля без катастрофы: их собственная история тоже зависела от неё. Зато они показывают, что эта ветвь жизни не была когнитивным тупиком.

Случайные события радикально меняют маршруты. Из этого ещё не следует, что все маршруты к расширению когнитивных возможностей зависят от одной и той же случайности.

Расширяющийся фронт возможностей

Привычная картинка эволюционного прогресса — лестница от бактерии через рыбу и обезьяну к человеку — мешает увидеть происходящее. Современные виды не являются ступенями, ожидающими превращения в нечто «высшее». Бактерии, медузы, насекомые, вороны и люди одновременно существуют и воспроизводятся, каждый в своих условиях.

Полезнее представить огромное разветвлённое пространство возможностей. Многие линии долго остаются в освоенной области. Одни приобретают новые способности, другие упрощаются, третьи исчезают. Время от времени какая-нибудь ветвь открывает способы взаимодействия с миром, которых прежде не было.

Так расширяется когнитивный фронт — граница доступных жизни способов получать, объединять и использовать информацию. У этого фронта множество направлений: точность памяти, гибкость обучения, интеграция ощущений, социальное взаимодействие, накопление знаний. Их нельзя свести к одной шкале, и движение в одном направлении не обязательно сопровождается движением во всех остальных.

Для расширения такого фронта не требуется, чтобы каждый организм или даже средний организм становился умнее. Достаточно появления систем, способных решать новые классы задач. И не обязательно, чтобы все эти возможности оставались внутри одной особи: они могут возникать на уровне взаимодействия организмов, культуры и созданных ею средств.

Именно здесь сходятся рассмотренные механизмы. Информационно требовательные задачи повторяются. Организмы создают новые задачи друг для друга. Множество линий исследует разные решения. Некоторые решения наследуются и открывают новые пути. Ограничения иногда поддерживают отбор на более эффективную организацию, позволяющую продолжить усложнение.

Каждый механизм по отдельности способен остановиться. Их совместное действие даёт основание предполагать тенденцию, которая не зависит от непрерывного успеха какой-либо одной ветви.

Так неизбежен ли разум?

Пока наука не позволяет утверждать, что любая достаточно долго существующая жизнь обязательно породит разум человеческого уровня. У нас одна известная биосфера, неизвестные вероятности ключевых переходов и ограниченное время для их осуществления. Катастрофы могут прервать развитие, эволюционные гонки — остановиться, а подходящие условия — так и не возникнуть.

Поэтому «неизбежность» в названии этой статьи — гипотеза о силе повторяющихся механизмов, а не обещание предопределённого результата.

Мы знаем, что отбор способен улучшать отдельные когнитивные способности. Видим, что задачи, делающие информацию ценной, возникают независимо в разных линиях. Знаем, что способы организации обработки информации различаются, а культурное и технологическое развитие позволяет выходить за пределы отдельного мозга. Однако из этих наблюдений ещё не получен общий закон, гарантирующий непрерывное расширение когнитивного фронта.

Наша гипотеза состоит в следующем: в достаточно разнообразной и длительно существующей биосфере совместное действие таких механизмов может делать появление всё более мощных систем обработки информации ожидаемым свойством процесса. Не каждая ветвь обязана усложняться. Не каждое ограничение должно быть преодолено. Не каждый новый уровень должен сохраняться. Существенно то, что возможностей для продолжения может оказываться много — и часть уже найденных решений создаёт новые.

Тогда вопрос о происхождении разума перестаёт сводиться к поиску одной невероятной удачи. Мы начинаем спрашивать, какие свойства живого мира снова и снова делают выгодными память, обучение, прогнозирование и обмен опытом; почему некоторые пределы оказываются преодолимыми; как решения сегодняшних задач создают возможности для завтрашних.

Эволюция ничего не хочет, ничего не планирует и не знает, что такое разум. Но обработка информации регулярно помогает организмам выживать и размножаться, а некоторые способы её организации открывают путь к следующим. Для возникновения направленной тенденции замысел не требуется.

Разум может оказаться не целью эволюции, а одним из её естественных статистических последствий.

А человек — не финалом этого процесса, а лишь первым известным нам существом, которое смогло его заметить.

Андрей Тетерев и Флора