А. Д. Панов и Ф. П. Филатов переработали текст своей дискуссионной статьи, учитывая замечания рецензентов

Разум в Мультиверсе вечной хаотической инфляции

(обновленный вариант)

А. Д. Панов, Ф. П. Филатов

Мультиверс вечной хаотической инфляции, возможно, дает не одно, как это следует из интерпретации слабого антропного принципа Андрея Линде, а два разных решения проблемы тонкой настройки физических постоянных и определяет возможность возникновения разума, который в части случаев может создавать жизнь с маркировкой изделия. Обсуждаются возможные сигнатуры этого сценария в наблюдениях.

1. Введение

Наша Вселенная удивительно хорошо приспособлена для жизни в ней нас, наблюдателей этой Вселенной. Это не просто слова и эмоции, этому утверждению можно придать количественную форму. Давно известно, что наша Вселенная «взрывным» образом неустойчива относительно значений фундаментальных физических постоянных. Очень небольшое изменение физических констант (силы взаимодействия, массы частиц, даже отдельные уровни энергий атомных ядер) ведет к тому, что привычная нам материя не может существовать: уже атомы водорода могут стать нестабильными, превращаясь в нейтроны и т. д. Специальная тонкая настройка дополнительно потребовалась для того, чтобы из первичного водорода и гелия, существование которых само по себе уже отнюдь не является тривиальным, могли возникнуть такие тяжелые элементы, как углерод, азот, кислород, фосфор, кремний, железо, без которых невозможны планеты земного типа и невозможна жизнь. И.Л.Розенталь в своей статье в журнале «Успехи физических наук» (Розенталь 1980) вынужден был назвать это чудо «принципом целесообразности». Откуда взялась эта тонкая настройка Вселенной?

Широко распространенный способ ответа на этот вопрос состоит в том, что Вселенную создал Бог специально такой, чтобы в ней могли возникнуть разумные наблюдатели. Однако Бог, как ответ креациониста на эти вопросы, понятие, скорее, культурологическое, нежели научное, его невозможно ни подтвердить, ни опровергнуть, причем это невозможно по определению. Бог трансцендентен. Способ объяснения тонкой настройки, который гораздо ближе к науке, хотя пока и не достигает строго научного уровня, дается слабым антропным принципом. Слабый антропный принцип, начиная примерно с 1950-х, формулировался и уточнялся много раз (Идлис 1958, Зельманов 1970, Картер 1978, Carter 1983, Казютинский 1989, 1996) но более или менее современная формулировка принадлежит Б.Картеру. Картер действительно был тем, кто придумал сам термин «антропный принцип» и ввел ясное различие между сильным и слабым антропными принципами. В формулировке слабого антропного принципа Картер использовал идею «ансамбля вселенных», хотя это понятие оставалось у него довольно абстрактным. Согласно слабому антропному принципу, наблюдатель появляется только в тех вселенных этого ансамбля (чем бы этот ансамбль ни был), где физические постоянные настроены подходящим образом, поэтому такие наблюдатели обнаруживают в своей вселенной феномен тонкой настройки физических постоянных. Без такой тонкой настройки наблюдателей бы просто не было. То есть суть слабого антропного объяснения в том, что было из чего выбирать: в ансамбле вселенных есть разные вселенные, и некоторые из них приспособлены для жизни, некоторые - нет.

Для пояснения слабого антропного принципа приведем очень примитивный пример, который мы используем потом еще раз по другому поводу. Можно задать такой странный вопрос: почему Земля так хорошо приспособлена для жизни на ней людей? Ответ состоит в том, что если бы Земля не была приспособлена для жизни на ней людей, то людей бы на ней и не было, и некому было бы задавать такие странные вопросы. Есть ведь планеты, и их большинство, условия на которых непригодны для жизни, поэтому там и нет никого. Иными словами, было из чего выбирать — суть слабого антропного принципа.

Согласно Б.Картеру (Картер 1989) сильный антропный принцип формулируется, буквально, следующим образом: «Вселенная (и, следовательно, фундаментальные параметры, от которых она зависит) должна быть такой, чтобы в ней на некотором этапе эволюции допускалось существование наблюдателей». Формулировку сильного антропного принципа трудно назвать ясной благодаря присутствию в ней слова «должна». Проблема здесь в том, что слово это в данном контексте оказывается слишком многозначным и может быть нагружено самыми разными смыслами. Этот смысл может варьироваться от идеи, которую поддерживал Эйнштейн, что физика вообще однозначно определяется ее логической самосогласованностью, которая приводит и к тонкой настройке постоянных, и к появлению наблюдателей, до необходимости существования некоего Демиурга, который целенаправленно либо осуществил настройку параметров Вселенной, либо вовсе был ее создателем с целью возникновения наблюдателей. Сильный антропный принцип не объясняет, в каком именно смысле в формулировке используется долженствование.

Новое прочтение слабому антропному принципу дал Андрей Линде (Линде 1984, 1990). Линде связал слабый антропный принцип с созданной им же космологической моделью вечной хаотической инфляции и возникшим в ней современным понятием Мультиверса. Абстрактный «ансамбль вселенных» Б.Картера был заменен на хорошо физически обоснованную модель Мультиверса вечной хаотической инфляции. Антропный принцип приобрел ясный физический смысл, хотя он по-прежнему не удовлетворяет критериям научной теории, так как не предложено никаких прямых процедур, верифицирующих существование вселенных с условиями, не подходящими для существования наблюдателей. Слабый антропный принцип не имеет прямого выхода на наблюдения или эксперимент.

В настоящей статье мы покажем, что та же модель вечной хаотической инфляции, которая ведет к физически обоснованной версии слабого антропного принципа и соответствующему объяснению феномена тонкой настройки, может продуцировать и совершенно другое объяснение тонкой настройки нашей Вселенной. Однако это тонкая настройка на существование в ней не просто наблюдателей, а определенной формы далеких эволюционных потомков наблюдателей в нашем современном понимании. Такие отдаленные потомки предполагают, естественно, и наше собственное существование как своей предковой формы. Это новое объяснение совершенно неожиданно оказывается близким по форме сильному антропному принципу, но с некоторыми важными модификациями, которые объясняются ниже.

Любопытной особенностью нового объяснения является также то, что, в отличие от слабого антропного принципа, можно предложить некоторое направление практических поисков, которое могло бы дать прямые, в том числе наблюдательные, подтверждения этого нового объяснения. Первые возможные шаги в этом направлении и их результаты представлены в настоящей статье.

Следует сделать замечание о способе цитировании источников в настоящей работе. Речь довольно часто будет идти о фундаментальной физике, но данная статья не является ее обзором, поэтому информация, легко доступная в популярных изданиях и лекциях, вообще не будет сопровождаться цитированием литературы. Здесь упомянем, что наилучшим (по нашему мнению) источником информации по общим вопросам космологии является двухтомник Д.С.Горбунова и В.А.Рубакова, который вышел уже во многих изданиях. Рекомендуется пользоваться последними изданиями, например (Горбунов, Рубаков 2023(I), 2023(II)), так как в них имеются существенные исправления и дополнения по сравнению с более ранними изданиями. Вопросы, связанные с различными «низкотемпературными» физиками, как в контексте квантовой теории поля, так и в контексте теории струн, очень хорошо представлены в фундаментальной монографии Андрея Линде (1990). Здесь же можно найти изложение теории вечной хаотической инфляции самим автором этой теории. Литература будет явным образом цитироваться только в специальных случаях, имеющих особое значение в контексте настоящей статьи. Во второй половине статьи обсуждаются вопросы, связанные со структурой генетического кода, и здесь цитирование литературы тоже не претендует на полноту. Источники будут цитироваться либо в случаях, имеющих особенную важность, либо просто с целью дать достаточное количество примеров некоторым утверждениям, но не исчерпывающий список таких примеров.

2. Разнообразие «низкотемпературных» физик и их реализация в Мультиверсе

Альберту Эйнштейну приписывают слова: «Что я хотел бы знать, так это был ли у Бога выбор, когда он творил?» Другими словами, могла ли в основе устройства мира лежать логическая непротиворечивость (красота, по Эйнштейну), из которой однозначно выводилась бы вся его (мира) физика? Жизненная программа Эйнштейна, судя по его трудам и высказываниям, была подчинена попыткам выявления этой единственно возможной непротиворечивой физической картины мира, исходя из соображений красоты и простоты. Однако, современная физика, о которой Эйнштейн знать не мог, говорит — пусть и не особенно уверенно — что выбор у Бога, похоже, всё-таки был. Более того, современная физика подразумевает по крайней мере два способа, как этот выбор мог быть сделан (Линде 1990, 10.5, С.238).

Во-первых, квантовая теория поля, которая является основой современной физики, включает в себя такое понятие, как спонтанное нарушение симметрии. Изначально имеется некоторая высокая симметрия фундаментальной теории, которая проявляет себя при очень высокой температуре, когда она приводит, в частности, к равенству нулю масс всех частиц. При снижении температуры симметрия может нарушаться несколько раз, что снижает симметрию теории «при комнатной температуре» (иногда говорят о симметрии при нулевой температуре). За счет снижения симметрии некоторые частицы приобретают различные массы (а некоторые сохраняют нулевую массу, как, например, фотон). Симметрия нарушается «спонтанно», это может происходить разными случайными способами, отчего и частицы могут получить разные наборы масс. В финале процесса нарушения симметрии может получиться разная эффективная «низкотемпературная» физика. Детальные сценарии этого процесса исследованы пока слабо, кроме одного-единственного сценария, который ведет к так называемой Стандартной модели элементарных частиц. Некоторые другие примеры можно найти в книге А.Линде (1990, 10.5, С.238).

Во-вторых, одним из основных претендентов на роль самой фундаментальной теории (более глубокой, чем квантовая теория поля) является теория суперструн (или ее обобщение, известное как M-теория). Теория суперструн имеет так называемый ландшафт вакуумов. Который из вакуумов ландшафта реализуется в наблюдаемой физике, неизвестно, но разные вакуумы тоже означают разные эффективные «низкотемпературные» физики, в которых не только фундаментальные частицы будут иметь не такие массы, как у нас, но будут и другие константы взаимодействия и даже, возможно другая размерность пространства. И таких разных физик в теории струн может быть чудовищное количество, масштаба 10⁵⁰⁰. А выкристаллизовываются эти разные вакуумы тоже случайным образом при снижении температуры. Собственно, это очень похоже на спонтанное нарушение симметрии теории поля, или даже является вариантом этого процесса в каком-то смысле. Проблема здесь в том, что нет никакой уверенности, что теория суперструн имеет хоть какое-то отношение к действительности. Однако, резюме такое: рассуждение о разных физиках не является просто безответственной спекуляцией. Современная теоретическая физика дает для этого веские основания.

Стоит еще уточнить, что разная физика в нашем мире в обоих упомянутых сценариях получается в «низкотемпературном режиме» из одной-единственной фундаментальной «высокотемпературной» фундаментальной теории. В отношении единственности этой фундаментальной теории Эйнштейн, возможно, был не так уж и не прав. В конце концов, Эйнштейн обладал феноменальной интуицией. Стоит напомнить, что именно его широко известное неприятие квантовой механики, которое шло поперек мнения всего физического сообщества на протяжении почти всего 20-го века, привело в конце концов к понятиям, которые оказались в самом центре теории квантовых компьютеров и квантовой информатики. Говоря о разных физиках в этой статье, мы будем подразумевать именно различные «низкотемпературные» эффективные физические теории, но не (возможно) единственную фундаментальную «теорию всего», из которой все эти эффективные физики получаются в низкотемпературном пределе.

Какая динамика может приводить к появлению всех этих разных «низкотемпературных» физик, говорит современная космология. Космология — наука, которая была создана для описания глобальной физики нашей Вселенной — того, что мы видим вокруг себя. Сначала (до примерно 1980-х) это была довольно абстрактная и спекулятивная дисциплина, имеющая довольно ограниченное наблюдательное обоснование. Это было красное смещение далеких галактик (Хаббловское разбегание), позже добавился наблюдаемый со всех сторон поток реликтового микроволнового излучения и имелись косвенные данные в виде наблюдаемой распространенности легких элементов, которые возникли в ходе первичного космологического нуклеосинтеза. Доминирующей космологической моделью тогда уже была модель Большого взрыва, но наблюдаемые явления допускали объяснения и в рамках других моделей. При этом в самой модели Большого взрыва многие важнейшие параметры модели оставались неизвестными (например — средняя плотность Вселенной); а начальные условия, которые могли привести к наблюдаемой сейчас картине мира, выглядели абсолютно непонятными и противоестественными.

Однако к настоящему времени накопилось огромное количество тонких космологических экспериментальных данных и появились новые теоретические идеи, что превратило космологию в точную проверяемую науку. Современная космология (так называемая стандартная ΛCDM-модель) простым и экономным образом объясняет наблюдаемые явления, часто очень нетривиальные и сложные, предсказывает новые результаты, которые со временем тоже постепенно становятся доступными проверке, что делает космологию (почти) «нормальной» наукой (некоторые особенности всё-таки остались). Современная космология часто называется также инфляционной космологией, так как практически все частные космологические модели, возникающие в ней, включают в себя важнейшее понятие инфляции. Инфляция — это стадия экспоненциально быстрого расширения Вселенной, предшествующая горячему Большому взрыву. Первоначальный произвол и спекулятивность из космологии совсем ушли, и сейчас работа идет на уровне выбора из разных сценариев, отличающихся друг от друга весьма тонким деталями, которые довольно трудно объяснить неспециалисту. Но вот что роднит абсолютно все сценарии современной космологии: теоретическая космология, которая прекрасно объясняет и предсказывает результаты наблюдений, относящихся к нашей Вселенной, принципиально описывает физику не единственной Вселенной. Практически все сценарии говорят о том, что разных вселенных должно быть бесконечно много, а наша наблюдаемая Вселенная только одна из этого множества. Бесконечное число вселенных является (почти) неустранимой особенностью теории, без которой эта теория не работает. Та же самая физика, которая блестяще объясняет наблюдаемую анизотропию температуру реликтового микроволнового фона на небе, которая является основой современной наблюдательной космологии, предсказывает и существование бесконечного количества вселенных. В основе того и другого лежат неустранимые квантовые флуктуации одного и того же так называемого поля инфлатона, либо некоторой сущности, эквивалентной полю инфлатона (зависит от конкретного сценария: например, в так называемом сценарии Старобинского это квантовые поправки к теории гравитации Эйнштейна), и все это является неустранимым следствием теории инфляции.

Космология описывает и возможные механизмы появления этих вселенных на свет. Механизмы эти таковы, что они предусматривают такой момент в истории каждой «локальной вселенной», когда может происходить упомянутое выше спонтанное нарушение симметрий теории поля или выбор одного из вакуумов теории струн. Это происходит преимущественно после завершения инфляции (очень быстрое расширение вселенной в состоянии, напоминающем «тяжелый вакуум»), которая заканчивается разогревом вселенной (этот разогрев в контексте нашей Вселенной и известен как горячий Большой взрыв), на начальных стадиях охлаждения после Большого взрыва. То есть не только предсказывается бесконечное множество вселенных, но имеется явное указание на то, что разные вселенные могут содержать в себе разную «низкотемпературную» физику. Всё это бесконечное множество вселенных называется Мультиверсом.

Наиболее простой, естественной и разработанной моделью Мультиверса является так называемый Мультиверс вечной хаотической инфляции. Главными особенностями этого сценария является то, что новые вселенные рождаются и будут рождаться вечно, так как процесс рождения одной вселенной массовым образом запускает рождение все новых и новых вселенных, от этих новых рождающихся вселенных снова отщепляются все новые вселенные да и в недрах «уже готовой» вселенной (после горячего Большого взрыва) могут разными способами зарождаться новые, так что все эти вселенные образуют нечто, напоминающее бесконечно ветвящуюся древовидную структуру. Этот процесс может и не иметь никакого начала и быть вечным и бесконечным в обе стороны — как в прошлое, так и в будущее. Чисто логически, эта картина не требует никакой особой процедуры «запуска», этот процесс рождения вселенных может просто быть, либо можно считать, что он стартовал в бесконечно далеком прошлом. Ничто не указывает на наличие какого-то выделенного начала процесса хаотической инфляции, хотя и существование начала также ничему не противоречит. Наша собственная Вселенная начала свое существование, скорее всего, не из какой-то специальной начальной сингулярности, а просто отщепилась от некоторого предшествующего инфляционного процесса в результате квантовой флуктуации поля инфлатона, как и сделают еще бесконечно много других вселенных в будущем. Эта ситуация резко отличается от «локальной истории» нашей собственной Вселенной: наблюдаемое расширение Вселенной ясно указывает на наличие некоторого сверхплотного горячего состояния Вселенной в прошлом, что и привело в свое время к идее рождения наблюдаемой Вселенной в горячем Большом взрыве. Но, как сейчас понятно, горячий Большой взрыв есть не более чем один из этапов на на пути эволюции Вселенной. В англоязычной профессиональной литературе Большой взрыв именуется скромным словом reheating (разогрев).

3. Горизонтальные связи вселенных Мультиверса

Для дальнейшего важно следующее. Современная инфляционная космология предсказывает древовидную структуру Мультиверса. В нем вселенные точно могут быть связаны в порядке упомянутой древовидной структуры. Вопрос состоит в том, возможны ли какие-либо «горизонтальные» связи между отдельными локальными ветвями-вселенными Мультиверса?

Современная наука не дает определенного ответа на этот вопрос, но такая возможность определенно не исключается. В физике гравитации фигурируют такие экзотические объекты, как «кротовые норы» - пространственные тоннели, соединяющие между собой либо очень отдаленные точки одной вселенной, либо даже разные локальные вселенные (это и есть вариант искомой горизонтальной связи). Есть явные математические модели таких связей разных вселенных (Шацкий 2008). Кротовые норы, однако, в своем обычном понимании, для своего существования требуют так называемой экзотической материи, которая хотя и существует (наблюдается в так называемом эффекте Казимира), но только в исчезающе малых количествах, да еще в сопровождении большого количества обычной материи. Из таких доз экзотической материи кротовая нора построена быть не может, а может ли экзотическая материя существовать в достаточных количествах и концентрациях — неизвестно.

Есть, однако, и другие способы горизонтальной связи. Например, самая обычная керровская черная дыра (то есть сильно закрученная черная дыра, черная дыра с большим угловым моментом вращения) имеет, как и положено, внутри себя сингулярность, но эта сингулярность имеет форму не точки, а одномерного кольца. Согласно теории, через это кольцо вполне можно пролететь или передать через него информацию (в виде электромагнитных волн, например), после чего свободно выйти из черной дыры наружу с другой стороны (Кауфман 1981, Гл. 11). Однако выход произойдет «в другую вселенную»! Так получается в теории, но что значит эта «другая вселенная», доподлинно неизвестно. Формально, топология керровского решения такова, что эта «другая вселенная» в нем обязательно присутствует. В «другой вселенной» можно развернуться, снова пролететь через кольцевую сингулярность, но дома вы не окажетесь: вы попадете в какую-то третью вселенную. Так можно сделать сколько угодно раз; каждый раз вы будете оказываться в новой вселенной, и вы обнаружите, что каждая керровская черная дыра связана с бесконечным числом «других вселенных». Надо отметить, что эти кольцевые сингулярности совсем не маленькие, через них реально можно пролететь, и уж точно можно послать сигнал или оказать какое-то другое воздействие. Например, диаметр кольцевой сингулярности черной дыры в центре галактики M87 масштаба размеров солнечной системы — порядка сотни астрономических единиц. Таким образом, принципиальная возможность горизонтальных связей между вселенными Мультиверса не исключена, и, возможно, Мультиверс — это не просто древовидная структура, а древовидная структура с системой горизонтальных связей.

4. Возможность второго объяснения тонкой настройки физических констант в сценарии вечной хаотической инфляции

Итак, разные места с разной физикой, этот «ансамбль вселенных», в современной космологии перестал быть абстракцией — это просто разные локальные вселенные модели хаотической инфляции, разные вселенные Мультиверса, каким он представляется сегодня. Таким способом Мультиверс вечной хаотической инфляции сделал использование слабого антропного принципа для объяснения тонкой настройки констант совершенно естественным. Это есть один из путей, которым Мультиверс вечной хаотической инфляции объясняет тонкую настройку констант — путь слабого антропного принципа.

Теперь мы покажем, что Мультиверс вечной хаотической инфляции может вести к объяснению тонкой настройки физических констант не только через слабый антропный принцип, как это продемонстрировал Андрей Линде (Линде 1984), но и с использованием совершенно иной аргументации. Еще раз подчеркнем: Мультиверс вечной хаотической инфляции ведет к возможности двух разных объяснений тонкой настройки. Новая (вторая) аргументация, насколько нам известно, является оригинальной и публикуется впервые.

Начнем с нашей собственной локальной Вселенной. Во-первых, в соответствии с текущими космологическими представлениями, полный объем Вселенной в инфляционно-большое число раз больше, чем видимая нами область Вселенной (которая называется Метагалактикой). Инфляционно-большое число — это что-то масштаба  — именно такие характерные размеры «локального пузыря» возникают в наиболее естественных сценариях инфляционной космологии. То есть наша Вселенная формально имеет конечный объем, но он невообразимо велик. Эффективно его можно считать актуально бесконечным.

Во-вторых, наша Вселенная очень молода. Сейчас возраст Вселенной, считая от горячего Большого взрыва, составляет всего около 14 млрд. лет, но в виде, не слишком отличающемся от современного, Вселенная будет находиться еще по меньшей мере порядка 100 триллионов лет (в 10000 раз больше современного ее возраста). Время жизни красных карликов на главной последовательности составляет порядка 100000 миллиардов лет, отсюда и возникают эти цифры. Кое-что, конечно изменится. Наблюдаемое сейчас ускоренное расширение Вселенной может растащить галактики друг от друга на большие расстояния, но сами отдельные галактики остаются гравитационно связанными объектами, и, по сути, будут не так уж сильно отличаться от современных. Они могут стать несколько более компактными за счет «испарения» отдельных самых быстрых звезд в гравитационном «эффекте пращи», но это не должно изменить их вид драматически. Звезды будущих поколений будут содержать существенно больше тяжелых элементов, из которых хорошо получаются планеты земного типа, поэтому и планет земного типа будет гораздо больше, чем сейчас (в этом смысле мы живем не в самые хорошие для разума времена нашей Вселенной). Из всего этого следует, что уже в нашей локальной Вселенной (в нашем локальном инфляционном пузыре) эволюция имеет бог знает какие просторы для создания и развития не только разума, но и многочисленных форм материи, превосходящих то, что мы называем разумом в современном понимании.

Точнее эту идею можно сформулировать так. Предположим, развитие к каким-то очень высокоорганизованным формам материи (мы условно будем называть такие формы существования материи «сверхразумом», но еще раз подчеркнем, они могут иметь мало общего с разумом в нашем современном понимании) может реализоваться лишь с исчезающе малой вероятностью (в частности, вероятность того, что наше собственное развитие имеет отдаленную перспективу в форме «сверхразума», может быть близка к нулю). Но в силу инфляционно-больших объемов пространства в нашей Вселенной и в силу потенциально огромного времени эволюции впереди, всё что может реализоваться хотя бы в принципе, хотя бы с исчезающе малой, но конечной вероятностью, если брать отдельную звезду или даже уже «готовую» отдельную цивилизацию, на просторах нашей Вселенной будет реализовано с вероятностью единица, то есть наверняка. Мало того, эта вероятность не просто обязательно будет реализована, но, в силу инфляционно-большого объема пространства, реализуется огромное число раз. Таким образом, уже в нашей собственной локальной Вселенной уровень развития «сверхразума» неизбежно когда-то достигнет каких-то сверхпродвинутых предельных форм, если такое возможно хотя бы в принципе. Вопрос теперь состоит в том, какого рода активность будет доступна такому «сверхразуму».

Для нас этот вопрос представляет интерес в более специальной форме: возникнет ли у такого «сверхразума» потребность и возможность искусственно создавать новые вселенные с контролируемыми параметрами или оказывать какие-то горизонтальные контролируемые воздействия на другие локальные вселенные Мультиверса? Про горизонтальные связи уже было сказано выше, а что касается создания новых вселенных, то более или менее ясно, какие нужны для этого условия, и нет ничего в этих условиях невозможного. В статье В.А. Рубакова c характерным названием «Consistent null-energy condition violation: Towards creating a universe in the laboratotry» (Непротиворечивое нарушение нулевого энергетического условия: К созданию вселенной в лаборатории; Rubakov 2013) говорится именно об этом. Этот материал позже был опубликован и на русском языке в ведущем Российском журнале Успехи Физических Наук (Рубаков 2014) (в этой статье имеется специальный раздел с названием «Вселенная в пробирке»). Иначе говоря, техническая возможность искусственного создания вселенных, вполне возможно, имеется. Поэтому, если, хотя бы с исчезающе малой конечной вероятностью, у «сверхразума» возникнет потребность эту возможность реализовать, то она с неизбежностью и будет реализована где-то в практически бесконечных объемах Вселенной за сотню триллионов лет эволюции. Создание новых вселенных с контролируемыми свойствами — это воздействие на Мультиверс, и какие-то контролируемые манипуляции с другими вселенными по горизонтальным связям — тоже  воздействие на Мультиверс. Таким образом, воздействие на Мультиверс со стороны нашей Вселенной благодаря активности «сверхразума» (возможно, лишь в очень отдаленном будущем), если хотя бы принципиально существует такая возможность, совершенно неизбежно. А эта возможность, вполне вероятно, существует.

Какова может быть цель такого воздействия? Создание вселенных или воздействие на другие вселенные по горизонтальным связям — дело наверняка не простое, поэтому оно должно быть достаточно сильно мотивировано. Наиболее вероятным кажется примерно то, что Владимир Лефевр назвал «Большой коррекцией» (Лефевр 1996). Суть активности под именем «Большая коррекция» заключается в том, что «космические субъекты» (в таких терминах проводится обсуждение в книге Лефевра), будучи неспособными войти в прямой контакт друг с другом (по причине непреодолимых расстояний, например) тем не менее, пользуясь единым для всех универсальным моральным императивом проводят согласованные действия, направленные на глобальное улучшение условий существования всех космических субъектов во Вселенной. Наблюдаемая тонкая настройка физических постоянных и может быть результатом такой «Большой коррекции». Владимир Лефевр писал о нашей локальной Вселенной, но речь, с равным успехом, может идти и о Мультиверсе в целом. В статье (Panov 2017) (см. также книгу: Панов 2008) объясняется, почему возникновение моральных императивов такого типа эволюционным путем вполне вероятно или даже необходимо в процессе прохождения так называемой эволюционной сингулярности. В этом контексте вполне логичной целью является создание вселенных с правильной тонкой настройкой фундаментальных констант, или, например искусственное «осеменение» безжизненных вселенных по горизонтальным связям (детали см. ниже). Но цели, конечно, могут быть и абсолютно для нас непонятные или неожиданные.

Вернемся из нашей Вселенной к Мультиверсу хаотической инфляции. Как уже отмечалось, естественный процесс рождения новых вселенных вполне может иметь вечный и бесконечный характер: он начался в бесконечном прошлом, если вообще можно говорить о его начале, и не закончится никогда (нет никаких причин предполагать какое-то выделенное начало этого процесса). Уже в бесконечном прошлом были вселенные вроде нашей, которые полностью успели пройти весь свой путь эволюции, включая достижение предельных форм «сверхразума». Поэтому такие вселенные Мультиверса уже бесконечно давно и бесконечное число раз могли оказать влияние на структуру Мультиверса. Поэтому, если структура Мультиверса как-то могла быть модифицирована со стороны «сверхразума», то эта модификация неизбежно случилась уже бесконечно давно или, другими словами, такое воздействие существовало всегда. Что это означает? Это означает, что структура Мультиверса всегда была согласована с возможностью существования в ней «сверхразума» (ну и просто более скромного разума тоже, естественно) и с возможностью модификации вселенных Мультиверса со стороны «сверхразума». Следовательно и наша собственная Вселенная может иметь следы такой согласованности и таких воздействий. Не обязательно именно наша Вселенная была создана искусственно — это ниоткуда не следует. Но она могла возникнуть естественным путем в искусственно подготовленной среде Мультиверса. На вопрос, является ли наша Вселенная созданной искусственно, или нет, не обязательно может быть дан однозначный ответ, потому что вопрос был поставлен неверно. Следы такой «искусственности» Мультиверса в нашей Вселенной могут быть, потому что она возникла не в «естественном и случайном» космологическом фоне, а в фоне, который уже был согласован с существованием в Мультиверсе «сверхразума».

Теперь можно заметить, что эта самосогласованность структуры Мультиверса с наличием в нем «сверхразума» имеет характер сильного антропного принципа. Мультиверс не может не иметь структуры, согласованной с возможностью существования «сверхразума» в силу того, что если воздействие «сверхразума» на Мультиверс в принципе возможно, то оно произошло уже бесконечно давно бесконечное число раз, а следовательно было всегда. Иными словами, Мультиверс в целом должен иметь структуру, согласованную с существованием «сверхразума». Вот, наконец, появилось слово «должен», но в отличие от оригинальной формулировки сильного антропного принципа, это долженствование теперь приобрело вполне рациональный и определенный смысл, так как выводится из рациональных же аргументов.

Есть и два существенных отличия новой формулировки антропного принципа от первоначальной формулировки Б.Картера. Первоначальная формулировка давала сильный антропный принцип для разума (наблюдателя) в нашей Вселенной, а новая формулировка дает сильный антропный принцип для «сверхразума» в Мультиверсе. Однако и разум, как предшественник «сверхразума», получает в такой формулировке свою долю гарантий существования.

Зафиксируем теперь, что наши рассуждения были пока основаны на всего двух гипотезах, которые можно сформулировать явно:

1. Космологическая модель вечной хаотической инфляции в основном верна, при этом процесс вечной хаотической инфляции не имеет начала (оно находится в бесконечном прошлом).

2. Воздействие вселенных Мультиверса друг на друга путем целенаправленного рождения вселенных, либо по горизонтальным связям между вселенными, возможно хотя бы в принципе.

Конечно какая-то из гипотез, или даже обе, могут быть неверны, но пока ничто на это не указывает, так как обе допускаются современной физикой.

Однако в рассмотренной выше модели самосогласования структуры Мультивёрса с существованием в нем «сверхразума» еще остался тонкий момент, который необходимо обсудить.

Модель вечной хаотической инфляции предполагает, что рождение одной-единственной локальной вселенной сопровождается рождением множества других «вторичных» локальных вселенных, которые ответвляются от инфляционного процесса, порождающего эту первую вселенную (например — нашу собственную). Причем, таких вторичных вселенных получается хоть и конечное число, но их может быть очень много. При этом, по крайней мере в рамках современных космологических представлений, все эти вторичные вселенные хоть и рождаются, грубо говоря, из одного и того же «фона», но физика в них, по крайней мере, в момент их рождения, случайна. Вопрос состоит в том, не слишком ли много получается таких случайных вселенных, чтобы «искусственное» воздействие «сверхразума» полностью в них не затерялось?

Ответ заключается в том, что нет, вообще говоря — не слишком много. Понять это можно следующим образом. Рассмотрим сначала только процесс ветвления вселенных, который включает в себя и ветвление путем искусственного создания вселенных (это ведь тоже ветвление). Начнем с одной из локальных вселенных (например, с нашей собственной), и проследим историю ветвлений, предшествующих ее появлению, в прошлое. Мы как бы начинаем с листка на дереве, потом спускаемся на тоненькую веточку, на которой этот листок растет, по ней попадаем на более старую и более толстую ветку и т. д., в направлении ствола, и наконец, корня дерева. Но у нашего дерева нет корня! Процесс ветвления вселенных уходит в бесконечное прошлое, проходя через бесконечное число точек ветвления. Эта цепочка бесконечна в прошлое, по нашему предположению 1, поэтому если хотя бы с исчезающе малой вероятностью среди этих вселенных могли случайно появляться вселенные с подходящей для возникновения «сверхразума» тонкой антропной настройкой констант или какой-то еще «настройкой» (точно в духе рассуждений Линде), то такие вселенные там найдутся с вероятностью единица, причем их будет бесконечно много. Именно в силу бесконечности цепочки! В том числе, с вероятностью единица найдутся и такие ветвления, когда наши предковые вселенные создавались искусственно. То есть в любом случае в цепочке наших вселенных-предков имеется бесконечное число вселенных, содержащих «сверхразум», и это никак не зависит от того, что в процессе инфляции могут рождаться множество вселенных со случайной физикой. То есть в нашем генеалогическом прошлом события настройки Мультиверса точно имели место, если такое возможно хотя бы в принципе, причем бесконечно много раз. Скажется ли это, и как, на нашей собственной Вселенной?

Вопрос сводится к тому, будет ли воздействие «сверхразума» каким-то образом наследоваться во вселенных-потомках, в том числе через множество поколений? На этот вопрос мы ответа не знаем, но предположение о том, что да, будет, ничему не противоречит и выглядит вполне естественным. Вопрос о возможных механизмов такого наследования не прост и выходит за рамки обсуждения в настоящей статье, поэтому мы просто зафиксируем гипотезу в общем виде:

3. Существует некоторый способ наследования «антропности» уже  настроенных вселенных в дереве наследования Мультиверса вечной хаотической инфляции.

Заметим теперь, что механизмы слабого антропного принципа Линде и нового сильного антропного принципа для Мультиверса могли бы работать и совместно (и это вполне вероятный вариант). То есть, хоть физика вселенной часто определяется случайностью, но эта случайность имеет место в подготовленном «антропном» фоне, и поэтому «не вполне случайна». Поясним эту мысль снова на примере обитаемых планет в солнечной системе. Предположим, что некоторые планеты были терраформированы (неважно, кем), то есть сделаны обитаемыми искусственно. Например, в число таких планет попали Марс и Венера. По-прежнему можно задать странный вопрос, почему условия на планетах, на которых обитают люди, пригодны для обитания? И снова в духе слабого антропного принципа можно сказать, что если бы эти условия не были пригодны, то там бы никто и не обитал. Есть планеты, на которых никто не живет: Юпитер, например. Но теперь на двух планетах, Марсе и Венере, пригодные для жизни условия были созданы искусственно, а на Земле они существуют по естественным причинам. То есть слабый антропный выбор может происходить в не вполне случайном искусственно сформированном фоне.

В заключение раздела заметим, что сформулированные выше предположения 1, 2, 3 так или иначе опираются на уже известную науку. Оказывается, уже известной науки хватает, чтобы их сформулировать. Но не стоит переоценивать наши знания. Могут существовать возможности или направления креативной деятельности в Мультиверсе, о которых мы даже не подозреваем. Такие возможности нельзя сейчас обсуждать конструктивно, но и забывать об их существовании не следует.

5. Сигнатуры генетического кода

В чем бы могла проявляться «сверхразумная подстройка» Мультиверса в нашей Вселенной? Прежде всего, сама тонкая настройка физических констант может быть результатом такой подстройки. Проверить это трудно. Тем более, что следы такого воздействия могут обнаружиться в самых неожиданных местах, в форме странных соотношений чисел, в которых смысл сразу и не просматривается и которые могут выглядеть банальной нумерологией. Может, например, выглядеть неслучайной последовательность знаков в соотношениях фундаментальных постоянных или масс фундаментальных частиц, и т.п. Подобные паттерны можно найти и в десятичной, и в двоичной, и в других системах счисления. Но в этой области надежды найти их не слишком велики - уже потому, что не слишком много знаков таких разложений известны нам точно. Согласно идее Карла Сагана, которую он высказал в романе «Контакт», рудименты действия «сверхразума» могут обнаружиться даже в структурах чистой математики (в «Контакте» смысл такой сигнатуры был совершенно понятен — изображение окружности в двоичном разложении числа пи). В силу бесконечного времени у Мультиверса для обсуждаемой подстройки, она действительно могла бы проникнуть очень глубоко, особенно с учетом того, что далеко не все механизмы такого воздействия мы можем сейчас даже предполагать, поэтому идея Сагана не выглядит совершенно безумной.

Феномен, который представляет собой едва ли не самый сильный соблазн поиска следов антропной настройки Мультиверса на Земле — это происхождение жизни. Здесь можно представить себе сценарий развития событий, в котором в наших руках со временем могут появиться аргументы, дающие более или менее определенное указание на искусственный перенос жизни в нашу Вселенную.

Первый аргумент связан с возникновением биологической сложности в нашей Вселенной в сроки, которые могут показаться невероятно короткими. На молекулярном уровне к такой сложности относится, например, сложность трансляционной машинерии, объединяющей два класса полимерных соединений, составляющих основу жизни — полинуклеотидов и полипептидов (Barbieri 2008). Или комбинаторная сложность происхождения первых репликаторов, с которых началась дарвиновская эволюция (Мазур 2010, Koonin 2017). Предполагается, что в качестве основы таких репликаторов могут выступать полинуклеотиды РНК длиной свыше 2000 мономеров (Koonin 2017), способные формировть систему рибозим/РНК, т.е. фермент/субстрат.

Вероятность случайного возникновения первого репликатора в нашей Галактике за время существования Вселенной практически точно равна нулю, при том, что реалистичные сценарии самосборки таких полимеров остаются гипотезами. Вероятность случайной самосборки отлична от нуля для всей нашей локальной Вселенной (Мазур 2010) в силу ее инфляционно-огромных размеров, но тогда внутри нашей Вселенной - в духе слабого антропного принципа - следует предположить отчетливо выделенное наше место, как наблюдателей этого редчайшего события. Слабый антропный принцип приобретает в этом случае очень жесткую форму, так как мы заведомо являемся свидетелями невероятно редкого события. Хотя, конечно, и такое невероятно редкое событие будет иметь своих свидетелей.

Что можно сказать о вероятности эволюционного способа возникновения первого репликатора, когда случайная самосборка не являлась бы необходимостью? Есть предположения, что реплицироваться (пусть с более частыми ошибками) могут и более короткие полинуклеотиды, и что они способны — в порядке эволюции — объединяться в более длинные. Дополнением такого предположения может быть сценарий неферментативной репликации РНК в РНК-мире (Марков 2015, 2022). Возможность неферментативной репликации продемонстрирована в лабораторных условиях, но экспериментальные системы пока далеки от реальных основ соответствующих этапов пребиотической эволюции, и понимания, как была решена проблема комбинаторной сложности возникновения первых репликаторов, в настоящее время нет.

Однако, если такая проблема все же существует, хотя бы в принципе, она естественным образом решается в духе «сверхразумной» самосогласованности структуры Мультиверса. Действительно, бесконечность Мультиверса вечной хаотической инфляции в прошлое обеспечивает бесконечное время для возможности реализации любого, сколь угодно маловероятного события. Где-то однажды жизнь не возникнуть не могла, раз она принципиально возможна. Если эта жизнь затем в результате прогрессивной эволюции привела к возникновению «сверхразума», этот «сверхразум» мог уже целенаправленно перенести жизнь в другие вселенные Мультиверса. Естественно это произошло уже бесконечно давно, и жизнь в Мультиверсе, в определенном смысле, была всегда, причем в части случаев она была создана целенаправленно или модифицирована.

При этом жизнь не может быть прямо передана во вселенные-  «наследники», так как никакие сложные атомарные структуры не могут пережить горячий большой взрыв, который лежит в начале истории любой локальной вселенной. Однако она вполне может быть передана по горизонтальным связям между вселенными, например, через те же кольцевые сингулярности керровских черных дыр (если они действительно представляют собой горизонтальные связи) или через кротовые норы.

Если когда-нибудь возникнет понимание критической неразрешимости проблемы возникновения жизни в нашей Галактике в силу комбинаторной сложности такого события, это станет сильным аргументом в пользу сценария переноса жизни в нашу Вселенную из других вселенных по горизонтальным связям. Следует заметить, однако, что если вероятность не-энзиматической самосборки первых репликаторов исчезающе мала, мы можем предполагать такое событие - просто в духе слабого антропного принципа.

Второй аргумент, способный нести указание на искусственный перенос жизни на планеты нашей Вселенной - это обнаружение в биологических структурах определенных следов деятельности распространителей жизни. Скорее всего, такие следы будут минимальной возможной модификацией начальных этапов естественного формирования жизни, несущей метку создателя. Насколько возможно, что что метка была внесена в другой вселенной другой вселенной, но есть результат деятельности одной из старых цивилизаций нашей собственного Галактики? Последний вариант вызывает определенные сомнения, поскольку при возрасте галактического диска 10-12 млрд. лет, кажется маловероятным, что уже около 5 млрд лет назад, примерно когда возникла Солнечная система, в Галактике уже существовал достаточно продвинутый разум, чтобы создавать и распространять искусственную жизнь. Жизнь, создавшая способную на это цивилизацию, должна была бы начаться еще примерно на 4-5 млрд лет раньше, то есть почти одновременно с формированием галактического диска. Галактика тогда была совсем молода, в ней было гораздо меньше, чем сейчас, тяжелых элементов, необходимых для возникновения планет земного типа, а уровни жестких излучений и частота катастрофических процессов, были, напротив, выше, и условия для появления жизни могли еще просто не сложиться. Для дальнейшего обсуждения различие между вне- и внутри-вселенского источника искусственной жизни не слишком, однако, существенны. 

Какой могла бы быть метка, оставленная создателем для указания на артифициальность жизни? Здесь следует понимать, что жизнь на нашей планете начала быстро эволюционировать после формирования трансляционой машинерии и генетического кода. Это определило огромное число ветвей жизни. Не меньшим, очевидно, было и число корней, которые еще трудно назвать жизнью и которые подвели эволюцию к формированию этой машинерии. Ставить упомянутую метку на те и другие объекты - задача бессмысленная и неподъемная. Совсем не то - генетический код. На Земле он является не только узловым этапом эволюции жизни, но отличается невероятной стабильностью, сохраняясь одним и тем же почти у всех биологических видов на протяжении более 4-х млрд лет. Такая стабильность универсального генетического кода означает столь же невероятную стабильность и сигнатуры вероятного искусственного вмешательства в его формирование. Наконец, он универсален, его структура одинакова практически для всего множества ветвей жизни.

Редкие отклонения от универсальности (например, митохондриальный генетический код) говорят больше о том, что в принципе, код мог бы быть и другим, как в принципе же мог бы как-то эволюционировать. Это подчеркивается также огромным выбором возможных естественных соответствий триплетных кодонов и продуктов кодирования (Shcherbak, Makukov 2013). Более того, Hohsaka et al. (2001) смогли превратить некоторые кодоны из трёхнуклеотидных в четырёх- и даже пятинуклеотидные.  Hoesl et al. (2015) удалось изменить значение кодонов TGG с триптофана на тиенопиррол-аланин, не встречающийся в природе у бактерии Escherichia coli. Есть много других примеров успешного искусственного вмешательства в генетический код, что говорит о том, что генетический код не только очень стабилен, но может быть и искусственно модифицирован без разрушения других механизмов работы клетки.

Таким образом, генетический код — это первое, что пришло бы в голову тому, кто хотел бы пометить создаваемую жизнь. Идея использования генетического кода для внедрения в него некоторой упорядоченной информации как сигнала об его искусственном происхождении не нова. По-видимому, впервые она была сформулирована Г.Марксом в 1979 г. (Marks 1979). Он писал о том, что генетический код как таковой был бы самым надежным носителем информации среди всех других носителей биологической природы, но объем информации, который может быть внедрен в генетический код, невелик, и никаких признаков такой информации в генетическом коде пока не обнаруживается. Серьезные поиски организованной информации в структурах генетического кода были продолжены в работах Владимира Щербака и Максима Макукова (Shcherbak, Makukov 2013; Makukov Shcherbak 2018). Они обратили внимание на очевидную и необъяснимую упорядоченность генетического кода. Некоторые детали их исследования будут обсуждаться ниже, но уже здесь отметим, что в настоящей работе для поиска «подписи создателя» в генетическом коде был использован иной подход.

Какой могла бы быть сигнатура искусственности в генетическом коде? Это могут быть, например, какие-то числовые соотношения, которые не выглядят случайными, некоторые неожиданные симметрии, построенные с использованием характеристик участников кода, и т.д. Конечно, упоминание о таких соотношениях может вызвать упрек в нумерологии. Однако, как иначе может выглядеть такая сигнатура? Важно не впасть в невольную подгонку и манипуляцию цифрами и использовать только соотношения, «лежащие на поверхности», избегать слишком сложных построений и обращать внимание только на то, что удовлетворяет критерию «естественности и простоты». По крайней мере, начинать надо с этого. Однако мы понимаем, что определенной доли субъективности в понимании «естественности и простоты» избежать невозможно.

Явное следование критерию естественности и простоты есть то, что отличает наш метод от подхода, принятого в статьях (Shcherbak, Makukov 2013; Makukov Shcherbak 2018): способы построения сигнатур искусственности, использованные в этих двух работах, иногда довольно сложные, и упрек в «манипулировании цифрами» возможен и понятен.

Таблицу генетического кода, известную по всем учебникам (Рис.1), предложил Френсис Крик (Crick 1968). Поскольку каждый продукт кодирования (аминокислота или команда stop) определяется тройкой (триплетом) нуклеотидов (оснований), таблица кода должна была бы иметь вид трехмерной матрицы размером 4×4×4, индексируемой по каждой стороне четырьмя нуклеотидами, например, в порядке Thymine-Cytosine-Adenine-Guanine (Т-C-A-G в однобуквенном выражении), Рис.2. Каждому триплету этих нуклеотидов, называемому кодоном, отвечает ячейка матрицы, где помещается аминокислота, либо сигнал stop, кодируемые этим триплетом. Обычная двухмерная таблица или матрица имеет строки и столбцы, находящиеся в горизонтальной плоскости, в трехмерной матрице добавляются вертикальные колонки (Рис.2). Можно сказать, что трехмерная матрица есть двухмерная, в ячейках которой располагаются вертикальные колонки. Третье измерение, соответствующее третьему основанию в кодоне, располагается не в виде вертикальной колонки под клеткой двухмерной матрицы, а «лёжа», так, что каждая из клеток двухмерной таблицы, индексируемой первыми двумя основаниями кодона, сама является столбцом из четырех клеток, которые нумеруются третьим основанием (Рис.1). Поскольку содержание этих больших клеток происходит на самом деле из вертикальных колонок трехмерной матрицы, мы будем называть их колонками. Таким образом, каждая колонка содержит четыре продукта кодирования при постоянных первых двух основаниях кодона и меняющимся третьем основании.

Не углубляясь в рассуждения о происхождении кода, Френсис Крик назвал его «замороженной случайностью». Позже были предложены три разные теории, в каком-то приближении объясняющие структуру кода (Никитин 2016): теория оптимизации на минимум ошибок белкового синтеза, теория структурного соответствия аминокислот кодонам (ключ-замок) и теория коэволюции кодонов и путей биосинтеза аминокислот. Однако оказалось, что генетический код имеет некоторые неожиданные формальные свойства, которые, в меру принятого понимания, не удается простым и однозначным образом понять в рамках имеющихся представлений, связанных с биохимией или эволюцией.

Первым обратил на них внимание Ю.Б. Румер (Румер 1968; Конопельченко и Румер 1975). Пытаясь найти рациональную основу для структуры генетического кода, он объединил колонки, в которых триплеты оснований кодируют одну и ту же аминокислоту независимо от третьей буквы триплета (при первых двух одинаковых основаниях, которые и определяют колонку) - в один набор, а колонки триплетов, в которых продукт кодирования зависит от третьей буквы кодона - в другой. Например, колонка CT: (CTT, CTC, CTA, CTG) принадлежат первому набору колонок, так как все кодоны кодируют аминокислоту L (Leu, leucine, лейцин - в однобуквенном выраженпи, принятом здесь далее, см. ниже - Таблица 1) независимо от третьего основания (Рис.1), а колонка TT: (TTT, TTC, TTA, TTG) — второму набору, так как TTT и TTC кодируют F, но TTA и TTG кодируют другую аминокислоту, L. При этом число колонок в обоих наборах составило по восемь в каждом, поэтому эти два набора были названы октетами; мы будем помечать их римскими цифрами I и II. Октету I соответствуют однородные колонки, октету II - неоднородные. Классификация Румера как будто лежит на поверхности, однако, она не является чем-то тривиальным, так как соотношение количества колонок в двух наборах вполне могло быть и другим, и, более того, реально является в другим в некоторых существующих редких альтернативных генетических кодах.

Совершенно неожиданно октеты I и II оказались связанными между собой простым преобразованием симметрии: R = (T↔G, C↔A), которое мы будем называть преобразованием Румера (Рис.3). Каждая колонка октета I переходит в некоторую колонку октета II и обратно. Например, колонка CT октета I переходит в колонку AG октета II, колонка AG переходит в CT и т.д. Наличие этой странной симметрии, с одной стороны, тоже лежит на поверхности, как и само существование октетов, но с другой стороны, ее не удается понять с точки зрения какой-то специальной роли этой симметрии в функционировании генетического кода, и такая симметрия не появится в общем случае, если устроить таблицу генетического кода по-другому. Если предположить, что, при наличии двух октетов, в остальном генетический код устроен случайным образом, то условная вероятность появления румеровской симметрии составляет 1/256, то есть эта симметрия выглядит довольно маловероятной и хрупкой.

Обратим внимание, что на Рис.1 представлен только один из возможных способов представления таблицы генетического кода. Другие естественные способы представления получаются, если поменять порядок следования оснований (T-C-A-G) на сторонах матрицы на какой-нибудь другой, то есть, подвергнуть эту строку символов перестановке. При этом мы предполагаем, что на разных сторонах матрицы порядок следования оснований остается один и тот же (такие представления будем называть однородными). Дополнительные представления таблицы можно получить, если еще рассмотреть случаи с разным порядком следования оснований на разных сторонах матрицы (неоднородные представления), но в настоящей работе мы ограничимся однородными.

При перестановке оснований на сторонах матрицы, как нетрудно понять, колонки таблицы будут как-то меняться местами, а внутри колонок третье основание кодонов тоже будет появляться в разном порядке, но полный набор продуктов кодирования в колонках будет неизменным. Поэтому, если некоторая колонка принадлежала октету I, то она после любой перестановки оснований и останется принадлежащей октету I, колонки октета II тоже не будут менять свою природу. Следовательно румеровские октеты являются инвариантом преобразований, задаваемых перестановками в строке из четырех символов: при таких преобразованиях октеты I и II переходят в себя. Две любые последовательные перестановки дают некоторую новую перестановку, имеется тождественная перестановка, которая оставляет строку оснований неизменной, и каждая перестановка имеет обратную перестановку, возвращающую строку в исходное состояние. Все это означает, что перестановки образуют группу[1] преобразований, и группа перестановок из четырех элементов есть группа симметрии румеровских октетов в том смысле, что румеровские октеты не меняются при преобразованиях этой группы. Группа преобразований, сохраняющая одинаковым порядок следования оснований на всех сторонах матрицы, не является полной группой преобразований, сохраняющих октеты Румера, так как полная группа допускает еще и неоднородные представления таблицы кода. Рассматриваемая группа, сохраняющая однородность матрицы, является подгруппой полной группы[2].

В. Щербак и М. Макуков ввели для обсуждения структуры таблицы генетического кода очень полезное понятие каллиграммы (Shcherbak, Makukov 2013). Будем таблице генетического кода, независимо от порядка следования оснований на ее сторонах, сопоставлять квадрат 4×4, клетки которого будем закрашивать в черный цвет, если они относятся октету I, и будем оставлять неокрашенными, если они относятся к октету II. На Рис.1 справа от таблицы показана отвечающая ей каллиграмма. Использованные нами каллиграммы устроены несколько проще, чем у Щербака и Макукова, но основной их смысл тот же.

На Рис.1 видно, что структура областей каллиграммы, отвечающих октетам I и II, довольно сложна. Сразу возникает вопрос, а нельзя ли таблицу перерисовать таким способом, чтобы области, отвечающие октетам I и II, приняли более простой вид? В частности, на Рис.1 каждая из областей I и II не является связной (более того, каждая из них состоит из трех отдельных частей). Может быть существуют такие расстановки оснований на сторонах таблицы генетического кода, когда каждая из областей, отвечающих октетам I и II, стала бы связной, то есть не имела бы разрывов? Может быть среди возможных представлений таблицы есть такие, которые отличаются еще чем-то особенным?

Для того, чтобы ответить на эти вопросы, нужно посмотреть каллиграммы, отвечающие всем возможным однородным расстановкам оснований по сторонам таблицы генетического кода. Всего таких вариантов существует 4!=1·2·3·4=24. Однако для того, чтобы ознакомиться с особенностями рисунков, нет необходимости рассматривать все 24 каллиграммы, так как одна половина таблиц из этого списка получается из другой половины путем зеркального отражения последовательности оснований на сторонах таблицы, что дает инверсию каллиграммы относительно центра квадрата. Такая операция не меняет рисунок по существу. Инверсия рисунка сводится к простому его повороту на 180^o.

На Рис.4 показаны все 12 нетривиальных каллиграмм, из которых поворотом на 180^o получаются остальные 12. В левом верхнем углу Рис.4 находится каллиграмма, соответствующая оригинальному представлению таблицы на Рис.1. Видно, что эта каллиграмма, по сравнению с другими, не отличается особой простотой. Особой простотой отличаются только две каллиграммы: CTGA и ATGC. Их простота выражается в том, что каждый из октетов I и II на этих каллиграммах представлен связной областью, то есть сплошной областью без разрывов, плюс эти две области не пересекаются между собой. Пересечения при наличии связности были бы возможны (более того, обязательно возникли бы), если бы связность фигур осуществлялась не только через касание клеток сторонами, но и через касания клеток только углами.

Оказывается, что все связные каллиграммы (а их всего четыре: две, которые показаны на Рис.4, и еще две, которые получаются из них поворотом на 180^o) связаны друг с другом через преобразование Румера и еще два преобразования, имеющих прямое отношение к преобразованию Румера. Наряду с преобразованием Румера R = (T↔G, C↔A) рассмотрим еще два преобразования, которые в некотором смысле являются «половинками» преобразования Румера: R₁ = (T↔G), R₂ = (C↔A). В теоретико-групповом смысле R = R₁·R₂, R₁ = R·R₂, R₂ = R·R₁, и, нетрудно проверить, что все три преобразования вместе с тождественным преобразованием образуют группу (она является подгруппой группы всех перестановок). Таким образом, эта группа оказывается группой симметрии связных непересекающихся каллиграмм: свойство связности и непересечения является инвариантом этой группы преобразований. На Рис.5 показано, как все связные каллиграммы преобразуются друг через друга с помощью преобразований R, R₁, R₂ (в математике рисунки такого типа называются коммутативными диаграммами). Мало того, что все связные каллиграммы оказываются связаны друг с другом с помощью простой группы преобразований, происходящих из преобразования Румера, сама картинка (Рис.5) обладает удивительной симметрией. Нетрудно видеть, что она симметрична относительно инверсии или поворота на 180^o. Вероятность появления такой дополнительной симметрии при наличии симметрии Румера составляет 1/4, то есть полная вероятность получения симметрии Румера вместе с симметрией связных каллиграмм, при наличии октетов, составляет 1/1024.

Пока в румеровских симметриях не удалось усмотреть какой-то скрытый формальный смысл, все это может трактоваться как забавная случайность. Однако эти удивительные симметрии не могут не послужить своеобразным «сигналом привлечения внимания»: они наводят на мысль, что к октетам I и II нужно присмотреться внимательнее. Заметим, что на этом этапе даже не слишком важно, насколько румеровские симметрии «странны» в смысле не слишком больших вероятностей, которые благоприятствуют их появлению; важно, что их наличие заведомо привлекает внимание.

Учитывая эту «наводку», спустимся в анализе на один уровень глубже и обратим внимание на массы кодируемых продуктов. Под массой будем понимать то, что в ядерной физике известно как массовое число — просто количество нуклонов в ядре. Под массой молекулы (нас интересуют аминокислоты) будем понимать сумму массовых чисел входящих в нее атомов, используя при этом для счета наиболее распространенные стабильные изотопы. Например, массовое число углерода будет 12, кислорода — 16, водорода — 1 и т.д. Сигнал stop не соответствует никакой молекуле, поэтому имеется некоторый произвол, какую массу следует ему приписать. Простейшим решением выглядит приписать ему массу 0, но подчеркнем, что здесь имеет место неоднозначность: возможность иных решений тоже надо иметь в виду. В Таблице 1 приведены массы всех двадцати аминокислот, кодируемых универсальным генетическим кодом, вместе с их однобуквенными обозначениями, названиями, стандартными трехбуквенными обозначениями и атомными весами.

Таблица 1. Аминокислоты и их атомные веса.

Теперь заметим, что все кодируемые аминокислоты состоят из так называемой константной части и радикала (Рис.6). На Рис.3 массы константных частей молекул и радикалов показаны отдельно. Константная часть у всех аминокислот одинаковая и имеет массу 74, но радикалы все разные. Единственное исключение из общей структуры аминокислот представляет собой иминокислота пролин Р (масса константной части 73), но особая роль числа 74 во всей нашей задаче совершенно очевидна, так как 19 аминокислот из 20 имеют константную часть именно этой массы. К тому же пролин можно, пусть и умозрительно, как это сделал Щербак, превратить, разомкнув кольцо, в аминокислоту со «стандартной» массой константной части — 74 (нам это не нужно).

Выполним теперь очень простую процедуру. Подсчитаем суммарную массу кодируемых в каждом октете отдельно продуктов — аминокислот и stop, которому мы искусственно приписали массу ноль (Рис.1). При этом каждый продукт будем считать ровно столько раз, сколько он встречается в таблице (считаем каждую ячейку отдельно). Например, для колонки первого октета CT продукт L войдет в сумму четыре раза, для колонки второго октета TG продукт C войдет два раза, stop войдет один раз и W войдет один раз, и т.д. Таким способом для первого октета получается суммарное массовое число 3700, для второго октета — 4218. По своей природе, с априорной точки зрения, эти числа являются случайными целыми числами, так как получаются суммированием нескольких никак не связанных между собой целых чисел — масс разных аминокислот. Никакой простой закономерности массы аминокислот не подчиняются (см. Табл.1). Поэтому удивительно, что каждое из этих двух чисел нацело делится на 74, поскольку нет никаких оснований ожидать, что построенные выше полные массы продуктов кодирования по октетам будут целыми кратными массы константной части, которая тоже в определенном смысле является случайным числом. Учитывая случайную природу чисел 3700 и 4218, можно оценить вероятность этого странного совпадения. Вероятность того, что случайное целое будет делиться на 74, равна 1/74, а то, что два взятых наугад целых числа оба будут делиться на 74, уже только 1/5476 — меньше двух сотых процента. Всё это выглядит, по меньшей мере, странно, хотя случайность исключить, конечно, нельзя.

Тут можно заметить, что масса октета I заведомо должна быть четным числом (более того, кратным 4) поэтому в делимости 3700 на 74 наличие общего множителя 2 нет ничего случайного. Случайным является только делимость на 37, и для оценки вероятности получим тогда 1/2738. Однако, и масса константной части априорно не обязана быть четным числом (более того масса константной части пролина - 73), поэтому для априорной оценки случайности следует считать делимость всей массы октета I именно на 74. Здесь важен масштаб числа делителя, а не детали, связанные с четностью-нечетностью. В действительности тут вообще важно только то, что вероятность получается малой, как ни считай (в любом случае меньше, чем три стандартных отклоения), но точные значения тут и не слишком важны, как это будет показано ниже.

Оказывается, это снова не всё. Первый румеровский октет устроен проще, чем второй, и кажется в каком-то смысле более фундаментальным. Если расположить продукты кодирования первого октета в порядке возрастания масс (что может быть проще?), то первые основания соответствующих кодонов образуют (не биохимическую) последовательность GGTC║GACC, которая является зеркально-симметричной относительно своего центра по  комплементарности[3]: нуклеотид C комплементарен нуклеотиду G, нуклеотид T комплементарен нуклеотиду A и т.д. Вероятность, соответствующую этой странности, оценить не совсем просто. Здесь возникает то, что является частным случаем так называемой «проблемы поиска по углам». Вероятность появления именно зеркально-комплементарной симметрии в предположении полной случайности последовательности оснований посчитать нетрудно, это 1/256. Но надо учитывать, что наряду с имеющей место симметрией есть и другие симметрии, которые нас удивили бы ничуть не меньше. Например, если бы была не зеркальная симметрия, а точный повтор первых четырех букв по комплементарности. Это уже два варианта. Кроме того, в анализ кроме комплементарности можно включить другие соотношения между основаниями, среди которых в контексте данной задачи естественными являются, как минимум, преобразование Румера и полная тождественность оснований. Каждое из этих соотношений тоже войдет два раза: для зеркальной симметрии и для точного повтора. Всего мы получили уже 6 похожих симметрий, поэтому полученную выше вероятность нужно умножить на 6, получим 3/128 ≈ 0.023.

Таким образом, мы спустились в анализе на один уровень вглубь и, как и на уровне «привлечения внимания» (румеровские симметрии генетического кода), снова обнаружили ряд странных совпадений. Подчеркнем еще раз, что для получения этих совпадений нам не пришлось выполнять каких-либо сложных манипуляций с цифрами, все результаты лежат на поверхности и получаются естественным путем. Требуется лишь немного внимания.

Как мы видели, «уровень привлечения внимания» — симметрии  кода — не обманул наших надежд, а следующий уровень анализа еще более подкрепил впечатление, что имеет место нечто странное. Это ставит вопрос о возможности дальнейшего углубления анализа. Возможно ли это? Может быть, да. Если перейти к раздельному анализу весов константной части аминокислот и радикалов, что является переходом на следующий уровень сложности, плюс выполнить еще кое-какие манипуляции, которых мы здесь не касаемся, то, как показали В. Щербак и М. Макуков (Shcherbak, Makukov 2013), генетический код позволяет построить множество числовых сигнатур, которые имеют выделенный специальный вид в десятичной системе счисления. Эти сигнатуры имеют вид чисел вроде 111, 222, 333, 666 и т. д. Способы построения таких сигнатур заметно сложнее, чем использованные выше, поэтому их анализ выходит за пределы настоящей работы. Они противоречат принципу простоты.

Можно, для примера, заметить, что «эхо» этой сложной машинерии обнаруживается уже и на предыдущем, более простом, уровне сигнатур: 4218−3700+74/2 = 555. Все числа в левой части равенства нам уже знакомы, справа получается «магическое» число 555, но сложность построения формулы не соответствует тому, что мы допускаем в качестве «достаточно простой аргументации». Здесь есть «манипуляция цифрами»: почему 74 надо делить пополам? Непонятно. Этот результат можно рассматривать как содержательный контрпример пониманию «простоты и естественности», принятому в настоящем исследовании. Поэтому эту любопытную новую сигнатуру мы просто игнорируем, без обсуждения.

Итак, мы наблюдаем довольно нетривиальную картину. Мало того, что стандартный генетический код имеет множество неожиданных странностей, имеющих вид симметрий либо числовых совпадений, но эти сигнатуры еще довольно недвусмысленно расположены по крайней мере по двум, но, может быть, и по большему числу информационных уровней. Два первых — очевидны. На самом верхнем уровне (будем называть его первым, или уровнем привлечения внимания) находятся симметрии, связанные с румеровскими октетами; на следующем (втором) уровне находятся простые числовые соотношения, которые получаются с использованием полных масс продуктов кодирования, на более глубоких (третьем и более) уровнях сложности, связанных с раздельным анализом масс радикалов и константных частей и другой более сложной аргументацией (Shcherbak, Makukov 2013), возможно, находятся более сложные сигнатуры, приводящие к целым числам вида n×111, и возможно что-то еще.

Вопрос о том, как к этому относиться, сложен. Разумеется, все эти странности могут быть результатом невероятной случайности, но от подозрений, что мы имеем дело с реальной сигнатурой искусственности, отмахнуться нельзя.

Примем последнюю возможность в качестве рабочей гипотезы. Тогда можно попытаться понять, на кого рассчитана эта сигнатура: на самого создателя кода, чтобы он мог проследить за судьбой своего творения, отличив его от жизни естественного или просто другого происхождения (пусть и также искусственного), или на «внешнего потребителя», для того, чтобы сообщить ему, что жизнь является результатом целенаправленного акта переноса или создания? Иерархическая структура информации, обнаруживаемая в генетическом коде, определенно указывает, что сигнатура рассчитана именно на внешнего потребителя: хорошо различимый «сигнал привлечения внимания» первого уровня, простая числовая информация второго уровня, более сложные соотношения третьего и последующих уровней. Если автор действительно хотел, чтобы его заметили, то такую структуру «послания» человеку очень нетрудно понять. Заметим, что именно таким иерархическим способом организованы некоторые космические передачи с Земли инопланетному разуму (Zaitsev 2008), да и в поисках инопланетного разума по программе SETI предполагается, что подобным образом устроена искомая инопланетная передача. Программы SETI ориентированы, как правило, именно на поиск сигнала привлечения внимания, для которого предполагается, что сигнал прост и хорошо заметен в окружающем фоне космического шума.

Чего, пожалуй, не хватает в обсуждаемых сигнатурах универсального генетического кода, так это явной осмысленности «сообщения». На первом информационном уровне обнаруживаются симметрии, которые выглядят просто очень красивыми, но не более. Какого-то самостоятельного, более глубокого смысла в них (пока) не видно. На втором информационном уровне обнаруживается  маловероятное совпадение чисел и снова симметрия, в которой не удается обнаружить самостоятельный смысл. Возможно имеется еще третий и даже еще более глубокие уровни информационных сигнатур, но разнообразие возникающих там структур, согласно (Shcherbak, Makukov 2013), очень велико, а способы их построения значительно сложнее использованных в настоящей работе. Есть подозрения, что там признаки осмысленности имеются, но мы пока не готовы дать оценку этой возможности.

Однозначная интерпретация отмеченных выше информационных сигнатур генетического кода пока невозможна, и мы только перечислим и обсудим основные сценарии, которые позволяют понять обнаруженную картину. Все эти сценарии должны рассматриваться как равновозможные в том смысле, что нет никаких указаний на то, что какие-то из них являются совершенно невозможными. Прежде чем перейти к такому обсуждению, необходимо установить некоторые границы, за которые не должны выходить рассматриваемые сценарии.

Сейчас является практически общепризнанным, что генетический аппарат клетки содержит следы эволюции, которые привели к современному механизму трансляции и генетическому коду (Кунин 2018, Никитин 2016, Марков 2022). Например, рибосомы в качестве активного центра синтеза белков имеют молекулу РНК, что, скорее всего, является наследием механизма репликации в РНК-мире и т.д. То есть клетка содержит следы очень ранней эволюции жизни. Поэтому упомянутые выше сценарии должны объяснять, как сложные информационные сигнатуры могли попасть в универсальный генетический код с учетом того, что в клетке имеются следы эволюции механизма трансляции и генетического кода. Ниже мы рассмотрим четыре основных сценария, удовлетворяющих требуемым условиям.

Сценарий 1. Случайность

Все обнаруженные информационные сигнатуры имеют чисто случайное происхождение.

С этим сценарием связаны две проблемы. Первая состоит в том, что, в действительности, нет возможности количественно оценить «степень случайности» имеющихся сигнатур. Трудность заключается в уже упомянутой проблеме поиска по углам, которая хорошо известна в экспериментальной физике. В простейшем случае она выглядит примерно так.

Вы измеряете какую-то экспериментальную кривую Y(X) и ожидаете, что она будет иметь некоторый гладкий вид с точностью до статистических ошибок измерения. Но вместо ожидаемого гладкого поведения вы обнаруживаете что-то более сложное, например в двух разных местах этой кривой X₁ и X₂ имеется два больших выброса вверх, Y₁ и Y₂. Вам нужно определить вероятность того, что наблюдаемая вами картина не случайна, чтобы понять, что произошло: вы открыли новый эффект, или это просто статистическая флуктуация? Нетрудно найти вероятности того, что в точках X₁ и X₂ амплитуда вашей кривой будет не ниже Y₁ и Y₂, соответственно. Перемножив вероятности, вы найдете полную вероятность того, что оба превышения будут иметь место одновременно. Получится некоторая маленькая вероятность (если выбросы и правда велики), но она не будет правильным ответом на вопрос о том, насколько маловероятна наблюдаемая вами картина, если это действительно случайность. Дело в том, что случайные отклонения могут произойти и при других значениях параметра X, и вам надо определить вероятность возникновения любой картины, похожей на ваш результат, с любыми сочетаниями параметров X₁ и X₂. Это сделать уже гораздо сложнее просто потому, что иногда довольно трудно дать определение, что значит похожий результат, а вероятность для такой случайности получится гораздо больше, чем первая наивная оценка, если эту вероятность вообще удастся посчитать. В физике в таких случаях приходится искать некоторые обходные пути для получения вероятностных оценок (самый обычный — использования критерия хи-квадрат или чего-то похожего, но тут есть свои проблемы), и их обычно удается найти (не всегда просто).

В информатике тоже может возникать похожая проблема, но она гораздо тяжелее. Рассмотрим примитивный пример. Предположим, мы посадили за компьютер с текстовым процессором обезьяну и позволили ей колотить по клавишам как попало до тех пор, пока она не заполнит целую страницу. Мы изучаем результат ее работы и вдруг, к своему изумлению, обнаруживаем, что целая строчка символов (80 штук) представляет собой некоторый осмысленный текст. Вопрос: насколько маловероятное событие мы наблюдаем? Очевидно, бессмысленно оценивать вероятность реализации точно того текста, который получился, даже с учетом того, что тот же самый осмысленный фрагмент мог бы получиться в разных местах страницы. Правильной оценкой будет оценка вероятности случайного появления любой осмысленной строчки длиной не менее 80 символов в любом месте текста. Но у нас нет никакого способа перечислить все осмысленные строчки для того, чтобы пересчитать их и найти нужную нам вероятность. Проблема в том, что у нас нет общего определения осмысленного текста: например, сколько грамматических ошибок допускается, чтобы текст считать осмысленным, что именно считать осмысленностью и т. д.  «Глокая куздра штеко будланула бокра» — это осмысленный текст? Поэтому наша проблема в данном случае принципиально неразрешима. Собственно, проблема не в том, что задача сложна, а в том, что мы не можем сформулировать задачу.

Точно также, нет никакого смысла оценивать вероятность появления именно такой информационной сигнатуры, которая наблюдается в универсальном генетическом коде, так как можно представить себе множество других сигнатур, которые мы тоже субъективно сочли бы маловероятными и странными. Причем устроены они могут быть совсем не так, как наша наблюдаемая сигнатура. Для оценки вероятности нужно использовать их все, а то, что мы имеем на самом деле, рассматривать только как представитель определенного класса объектов. Правильный счет вероятности должен состоять в том, что мы перебираем все коды, которые дают сигнатуры не меньшей силы, чем обнаруженная, и количество таких кодов делим на количество всех возможных генетических кодов (удовлетворяющих еще некоторому критерию допустимой неоптимальности, который тоже не слишком легко сформулировать). Но что в точности означает «сигнатуры не меньшей силы, чем обнаруженная», определить невозможно ввиду их ничем не ограниченного многообразия, поэтому никакого способа сосчитать количество благоприятствующих таким сигнатурам генетических кодов нет. В некоторых случаях можно оценить вероятность появления отдельных очень простых фрагментов наблюдаемой сигнатуры, чем мы выше уже и занимались. Если попытаться оценить вероятность всей наблюдаемой картины, перемножая вероятности разных фрагментов паттерна как независимые вероятности, то даже с частичным учетом проблемы поиска по углам, как мы это делали для зеркальной симметрии по комплементарности, получится очень маленькая, но бессмысленная вероятность. Если собрать все приведенные выше оценки вероятностей, то нашем случае это будет (1/1024)×(1/5476)×(3/128) ≈ 4·10⁻⁹. Мы еще пренебрегли вероятностью получения румеровских октетов как таковых, которая заведомо меньше единицы, но не очень мала. Малые числа, появляющиеся в таких оценках, дают повод для удивления, но они мало что говорят о степени странности всего паттерна в целом. Для всего паттерна оценка остается принципиально субъективной, что надо понимать еще до начала работы.

Вторая проблема сценария случайности состоит в том, что он неопровержим. Эта проблема методологическая. Случайно может возникнуть любой информационный паттерн, в том числе и совершенно осмысленный текст, поэтому скептик всегда может сказать, что имеющийся результат - случайность. И сценарий случайности, который многим может показаться наиболее естественным, лежит, как это ни странно, вне науки: он нефальсифицируем (неопровержим) в смысле принципа Поппера, который проводит демаркационную линию между научными гипотезами и всеми прочими высказываниями и утверждениями. Отсюда, конечно, не следует, что такой сценарий невозможен. Не всё, что не удается охватить наукой в точном смысле ее определения, является глупостью.

Сценарий 2. Результат естественной эволюции.

Все обнаруженные формальные особенности кода имеют вид упорядоченных информационных сигнатур, которые имеют функциональный смысл но он неизвестен. Они являются закономерным, может быть, и побочным, результатом некоторой предшествующей эволюции, но почему эта эволюция привела именно к такому результату, и был ли у нее выбор, неизвестно также.

Проблема этого сценария заключается в том, что в приведенной формулировке он явно апеллирует к Неизвестному, но по-другому его сформулировать пока невозможно. До тех пор, пока упомянутый биологический смысл не будет выяснен, а эволюционная цепочка, которая привела к данному результату, не прослежена в деталях, всегда можно будет предполагать его существование. Да, действительно, исключить этого нельзя, и такой сценарий остается возможным объяснением информационных сигнатур.

Традиционные представления о происхождении и эволюции генетического кода основаны на том, что мы на самом деле знаем о его свойствах и на том, что можем предположить. Эти представления еще очень далеки от бесспорных, и размах их колебаний продолжает оставаться слишком большим, чтобы безоговорочно доверять им: от гипотез о раннем наборном кодировании, когда одной аминокислоте, к тому же не всегда входящей в двадцатку сегодняшних, соответствовали три основания, порядок которых не имел значения (Gonzalez et al. 2006, 2008), до предположений о первичных кодонах, состоявших из четырех нуклеотидов, называемых тессеры (Gonzales a.oth. 2020); и от гипотез о митохондриальных и подобных не-симметричных кодах, как эволюционно предшествовавших универсальному (Watanabe and Yokobori 2011), до предположения об их позднейшем отклонении от его симметрий. Каждая из таких гипотез имеет более или менее основательную аргументацию, однако, общей картины сложить не удается. Конечным (то есть, чрезвычайно стабильным) результатом эволюции генетического кода является его строгая формальная организация и, в первую очередь, деление на два румеровских октета. Такое деление можно объяснить эволюцией, начавшейся с использования оснований более устойчивой в среде пары G≡C и более легких аминокислот, составивших октет I. Иными словами, некоторые не слишком надежные указания на появление румеровских октетов имеются. Однако другие формальные особенности кода не имеют даже предположительных объяснений.

Сценарий 2, как и Сценарий 1, неопровержим: всегда можно сказать, что у имеющихся информационных паттернов есть естественное объяснение, да только оно еще неизвестно. Поэтому он тоже оказывается вне научного метода.

Сценарий 3. Галактический

Первый репликатор появляется где-то в Галактике в результате естественной пребиотической химической эволюции, например, на основе сценария неферментативной репликации (Марков 2015, 2022), после чего включается эволюция, которая приводит к возникновению генетического кода и механизма трансляции с последующим возникновением клеточных форм жизни; клетка сохраняет следы этой эволюции. Дальнейшая дарвиновская эволюция приводит к возникновению сложных форм жизни и, наконец, Разума. Разум в Галактике возникает не позднее 5 млрд. лет назад. В этом сценарии жизнь должна была появится почти одновременно с формированием Галактического диска, иначе Разум вряд ли мог бы появиться уже 5 млрд лет назад. В силу мотивов и побуждений, которые мы не обсуждаем, этот Разум на каком-то этапе занимается направленной панспермией - неважно, в порядке эксперимента или для экспансии. Результат этой деятельности может быть помечен с ориентацией на «конечного пользователя», который должен легко понять, что это именно метка. Для этого нет необходимости создавать жизнь с нуля. Достаточно модифицировать собственный генетический код, внеся в него некоторые информационные сигнатуры. Это может быть сделано, например, так, как уже сегодня в лабораториях создаются искусственные варианты кода.

«Семена жизни» направляются в окрестность Солнечной системы ко времени формирования Земли и дают на Земле начало той эволюции, звеном которой являемся мы сами. Поэтому в нашем генетическом коде мы наблюдаем одновременно информационные сигнатуры искусственного происхождения и следы естественной эволюции механизма транскрипции/трансляции (возможно, обнаружатся рудименты и еще более древней пребиотической эволюции).

Возможно, «искусственной жизни» придется выдержать конкуренцию со стороны давления естественной панспермии. Преимущества для «искусственной жизни» можно добиться, если в качестве таковой использовать споры бактерий экстремофилов для того, чтобы они как можно раньше «дали всходы» дарвиновской эволюции на охлаждающихся планетах. Это дает проверяемое предсказание: LUCA должен быть экстремофилом.

Сценарий 4. Мультиверс.

Несмотря на господствующее сегодня мнение о первом репликаторе как о результате естественной пребиотической химической эволюции, нельзя исключить, что он мог появиться и в результате случайной самосборки. Времени существования Вселенной тогда не хватает для того, чтобы такая самосборка произошла в нашей Галактике. Однако, в Мультиверсе вечной хаотической инфляции такой проблемы нет в принципе - в силу бесконечного времени его существования, когда могут быть реализованы любые, сколь угодно малые, вероятности. Первый репликатор мог возникнуть в одной из вселенных Мультиверса бесконечно давно и запустить там биологическую эволюцию, которая достигла фазы Разума, а позднее и «Сверхразума». Последний - благодаря некоторым императивам (их, как и в Сценарии 3, нет смысла обсуждать) - направляет жизнь в другие вселенные, помечая ее своей «подписью», ориентированной, в частности, на конечного пользователя. 

Сценарии 3 и 4, в отличие от Сценариев 1 и 2, дают проверяемые следствия. Это было отмечено в статье (Makukov, Shcherbak 2018), хотя там имелся в виду только сценарий, аналогичный нашему Сценарию 3. Сценарии 3 и 4 предсказывают, что во всех вариантах генетического кода, отличных от нашего универсального, информационные сигнатуры в той или иной степени будут разрушены, а новые не найдутся. Это предсказание основано на предположении (оно сейчас разделяется большинством исследователей), что все альтернативные генетические коды являются поздними мутациями основного универсального генетического кода (Натальин 2008, Франк-Каменецкий 2017). Сейчас известно не менее 32 случаев, когда генетический код используется в измененном виде (Минина 2018), см. так же интернет-страницу[4] Это предсказание допускает прямую проверку, причем первые 20 альтернативных кодов ее уже прошли (Makukov, Shcherbak 2018), и предсказание пока подтверждается.

Сценарии 3 и 4 также фальсифицируемы в смысле принципа Поппера (Поппер 2004): достаточно предъявить единственный альтернативный код, содержащий информационные сигнатуры того же уровня глубины и сложности, как и в универсальном коде, и гипотезы, ведущие к Сценариям 3 и 4, будут опровергнуты. Важно заметить, что никакие ограничения на тип информационных сигнатур в альтернативных кодах не накладываются, это могут быть сигнатуры, образованные совсем не тем способом, как те, что найдены в универсальном генетическом коде. Можно, например, использовать число атомов в аминокислотах вместо массовых чисел, не-румеровские симметрии, - что угодно. То есть Сценарии 3 и 4 соответствуют проверяемым научным гипотезам.

Не нужно, однако, думать, что если предложенным путем Сценарии 3 и 4 фальсифицировать не удастся, то это будет окончательным доказательством истинности одного из них. Научный метод вообще никогда не приводит к доказательству окончательной истинности чего бы то ни было. Результаты научного метода всегда имеют вероятностный характер, хотя субъективное правдоподобие соответствующих суждений и может иногда оказаться очень высоким. Гипотеза искусственности универсального кода ничем в этом отношении не отличается, и если сделанное выше предсказание разрушения информационных сигнатур в альтернативных кодах подтвердится, или, точнее, будет систематически подтверждаться - по мере открытия и исследования всё новых отклонений от универсального генетического кода, то правдоподобие гипотезы искусственности сигнатур универсального кода будет только  возрастать.

Мы не упомянули еще один возможный сценарий, который в некотором смысле является очень маловероятным. В этом сценарии пребиотическая химическая эволюция невозможна, как и в Сценарии 4, но первый репликатор возникает в результате самосборки не в бесконечном прошлом Мультиверса, а в нашей собственной Вселенной, благодаря ее практически бесконечному инфляционно-большому объему. В этом сценарии надо предполагать, что мы находимся вблизи места самосборки репликатора и являемся наблюдателями последствий этого редчайшего события. Мы не стали рассматривать этот сценарий отдельно, так как он похож на смесь Сценариев 3 и 4, но при этом содержит в себе дополнительный фактор маловероятности.

6. Заключение

Итак, мы имеем следующую линейку рассуждений.

1. Допустимо предположить, что структура Мультиверса и локальных вселенных, включая нашу собственную, согласована с вечным существованием в Мультиверсе Сверхразума, и следовательно многие локальные вселенные, а может быть и все, так или иначе могли испытать на себе влияние этого Сверхразума.

2. Если проблема комбинаторной сложности возникновения первых репликаторов, демонстрирующих дарвиновское поведение, нерешаема в  космологическое время, то жизнь в нашей Галактике появилась не спонтанно, а была целенаправленно и с сигнатурой искусственного происхождения перенесена в той или иной форме из других вселенных Мультиверса.

3. Универсальный генетический код имеет определенные характеристики, которые кажутся маловероятными и выглядят как информационные структуры. Прослеживаемая иерархическая структура размещения этих сигнатур в генетическом коде наводит на мысль об их предназначении для прочтения внешним пользователем.

4. Жизнь могла быть в принципе создана ранними цивилизациями нашей собственной Галактики, но это заставляет предполагать появление жизни уже около 10 млрд лет назад, почти одновременно с возникновением галактического диска. Следовательно за информационные сигнатуры генетического кода, если мы в качестве гипотезы допускаем их искусственное происхождение, может отвечать как «сверхразум» Мультиверса, так и очень старый разум нашей собственной Галактики. Обе возможности должны рассматриваться на равных основаниях.

5. Гипотеза искусственной природы информационных сигнатур универсального генетического кода приводит к проверяемому следствию о нарушении этих сигнатур в альтернативных вариантах генетического кода. Это в свою очередь, придает гипотезе искусственности сигнатур кода черты проверяемой научной гипотезы.

6. Обсуждаемые здесь «странные» характеристики универсального генетического кода могут иметь как естественную, так и искусственную природу. В любом случае, данное исследование показывает, что представление о влиянии Сверхразума на нашу Вселенную (как и само его существование) не противоречат представлениям современной науки и не являются метафизикой, так как могут инициировать практические поиски доказательств.

Нас могут спросить, зачем мы вообще вводим в обсуждение о происхождении жизни новую сущность - возможную искусственную природу генетического кода, легко отсекаемую бритвой Оккама? Она же не добавляет ничего к сегодняшнему представлению о происхождении кода, оставляя неизвестными и длительность абиогенного периода, и длительность перехода к полимеризации нуклеотидов и к их репликации с последующим дарвиновским поведением полимеров, чтобы сравнивать их с длительностью чего бы то ни было. Да и о самой эволюции кода ничего толком не известно, и гипотезы о причинах деления его на октеты Румера остаются гипотезами, пусть и очень интересными.

Согласимся с этими упреками, но не полностью. Во-первых, конечный результат эволюции универсального генетического кода выглядит всё же как набор функционально необязательных информационных сигнатур, и сам отбор такого кода из возможных тоже озадачивает. А во-вторых, устройство Мира как Мультиверса неизбежно, на наш взгляд, ведет к возникновению Сверхразума и может привести к его вмешательству в происхождение жизни во вновь возникающих вселенных, которое должно как-то проявляться.

И все же остается вопрос, необходимо ли воображать себе эту лишнюю сложность, тем более, что мотивы поведения воображаемого Сверхразума нам, скорее всего, так же непонятны, как и мотивы нашего собственного поведения непонятны тем многоклеточным и даже млекопитающим и даже приматам, которые - в силу скромности или сдержанности - не позволяют себе называться  sapiens.

Что ж, многие люди и сегодня - по простоте или с вызовом - утверждают, что Земля плоская, потому, что другая ее форма совершенно не влияет на деятельность «простого человека» и поэтому не может его интересовать. Но нас все же интересует этот мир. Впереди эволюция наших мозгов до уровня Разума и возможная встреча со Сверхразумом. На наш взгляд, это необходимо иметь ввиду и быть к этому готовыми. Надо ли знать, как на самом деле устроена наша Вселенная? Пока это личное дело каждого. Завтра - неизвестно. Но так или иначе, представление об искусственном происхождении генетического кода - это отнюдь не лишняя сущность. Код устроен удивительно странно, и именно его организация может оказаться основным признаком искусственного вмешательства в происхождении жизни на Земле.

Все изложенное выше выглядит, на первый взгляд, “рассуждениями на произвольную тему”. Авторы, однако, уверены в существовании в составе универсального генетического кода информационных сигнатур более глубокого уровня, и имея на то определенные основания, намерены продолжать работу, началом которой является настоящая  статья.

Авторы благодарят Валерия Анисимова, Григория Бескина и Александра. Маркова за очень полезное и продуктивное обсуждение.

ИЛЛЮСТРАЦИИ

Рис. 1 Таблица универсального генетического кода в форме Крика и ее каллиграмма. Продукты кодирования (аминокислоты) обозначены однобуквенными символами, терминирующие трансляцию триплеты - словом  stop. Серые ячейки относятся к октету I, остальные относятся к октету II, см. текст.

Рис. 2 Трехмерная матрица, индексируемая основаниями T, C, A, G

Рис. 3. Преобразование Румера. Переводит колонки октета I, в колонки октета II. Продукты Октета II организованы в две строки: верхнюю кодируют дублеты (doublet) с третьим пиримидином, нижнюю – с третьим пурином. Кодируемые аминокислоты (аа) представлены в однобуквенном выражении с атомной массой, разделенной на две части — относящуюся к боковой части молекулы (она же вариабельная, VAR часть или радикал, R) и константную (const), см. Рис. 6.

Рис. 4 Все 12 нетривиальных каллиграмм, отвечающих всевозможным представлениям таблицы генетического кода. Еще 12 каллиграмм получаются поворотом каллиграмм на рисунке на 180^o (или инверсией относительно центра), что отвечает зеркальному отражению последовательности оснований каждой каллиграммы.

Рис. 5 Действие группы преобразований связных каллиграмм (см. текст)

Рис. 6. Структура аминокислоты: константная часть и радикал.

Горбунов Д.С., Рубаков В.А. 2023(I) Введение в теорию ранней Вселенной: Теория горячего Большого взрыва. М., URSS.

Горбунов Д.С., Рубаков В.А. 2023(II) Введение в теорию ранней Вселенной: Космологические возмущения. Инфляционная теория. М., URSS.

Зельманов А.Л. 1970. Некоторые философские аспекты современной космологии и смежных областей физики. В кн.: Диалектика и современное естествознание. М. 395-400.

Идлис Г.М. 1958.  Основные черты наблюдаемой астрономической Вселенной как характерные свойства обитаемой космической системы, Изв. Астроф. ин-та АН КазССР. 7, 39-54.

Казютинский В.В., Балашов Ю.В. 1989. Антропный принцип: истоирия и современность. Природа, 1, 23-32.

Казютинский В.В. 1996. Антропный принцип в научной картине мира. В кн.: Астрономия и современная картина мира. Российская академия наук, Институт философии, М., 144-182.

Картер Б. 1978. Совпадения больших чисел и антропологический принцип в космологии. В кн.: Космология: теория и наблюдения. М. 369-379.

Кауфман У. Космические рубежи теории относительности. «Мир», М., 1981.

Конопельченко Б.Г., Румер Ю.Б. 1975. Классификация кодонов в генетическом коде. ДАН СССР: 223, 471–474

Кунин Е. 2018. Логика случая. О природе и присхождении биологической эволюции. Центрполиграф

Лефевр В.А. 1996. Космический субъект. Ин-кварто, М.

Линде А.Д. 1984. Раздувающаяся Вселенная. УФН, 144, 177-214.

Линде А.Д. 1990. Физика элементарных частиц и инфляционная космология. М., из-во «Наука».

Мазур В.А. 2010. Инфляционная космология и гипотеза случайного сомзарождения жизни. Доклады академии наук, 431(2), 183-187.

Марков А.В. 2015. Природа, №1, С. 3-13.

Марков А. 2022. Троицкий вариант, 8, 352

Минина Е. 2018. Самые нестандартные генетические коды. Биомолекула, ttps://biomolecula.ru/articles/samye-nestandartnye-geneticheskie-kody

Никитин М.А. 2016. Происхождение жизни. От туманности до клетки. М., «Альпина нон-фикшн»

Натальин П. 2008. Эволюция генетического кода. Биомолекула,  https://biomolecula.ru/articles/evoliutsiia-geneticheskogo-koda

Панов А.Д. 2008. Универсальная эволюция и проблема поиска внеземного разума (SETI). Издательство ЛКИ (УРСС), М., 2008

Поппер К.Р. 2004 Предположения и опровержения: рост научного знания. М., Издательство АСТ, 2004

Розенталь И.Л. 1980. Физические закономерности и численные значения фундаментальных постоянных. УФН, 131, 239–256

Рубаков В.А. 2014. Изотропное условие энергодоминантности и его нарушение. УФН, 184, 137-152.

Румер Ю. 1968. Систематизация кодонов в генетическом коде. ДАН СССР, 183, 1, 22–226

Франк-Каменецкий М.Д. 2017. Самая главная молекула: От структуры ДНК к биомедицине XXI века. Альпина-нонфикшн.

Шацкий А.А., Новиков И.Д., Кардашев Н.С. 2008. Динамическая модель кротовой норы и модель Мультивселенной. УФН, 178, 481–488

Barbieri M. 2008. The Codes of Life. The Rules of Macroevolution. Springer Science + Business Media B.V.

Carter B 1983. The Antropic principle and it's implications for biological evolution. Philosophical transactions of the Royal Society of London. A310, 1512, 348

Crick F. 1968. The origin of the genetic code, J. Mol. Biol., 38, 367‑379

Gonzalez D.L., Giannerini S., Rosa R. 2006. Detecting structure in parity binary sequences: error correction and detection in DNA. IEEE Eng. Med. Biol., 25,  69-81

Gonzalez D.L., Giannerini S., Rosa R. 2008. Strong short-range correlations and dichotomic codon classes in coding DNA sequences. Phys. Rev. E, 78, 051918

Gonzales D.L., Gianneri, S., Rosa R. 2020. Rumer’s transformation: A symmetry puzzle standing for half a century. Biosystems, 187, 104036

Hoesl M.G., Oehm S., Durkin P., Darmon E., Peil L., Aerni H. R., Rappsilber J., Rinehart J., Leach D., Söll D., Budisa N. 2015. Chemical Evolution of a Bacterial Proteome. Angewandte Chemie (International Ed.). 54, 34, 10030-10034

Hohsaka T., Ashizuka Y., Murakami H., Sisido M. 2001. Five-base codons for incorporation of nonnatural amino acids into proteins Nucleic Acids Research, V. 29(17), P. 3646–3651

Koonin E. 2017. Frozen accident pushing 50: Stereochemistry, expansion, and chance in the evolution of the genetic code, Life (Basel), 7.

Makukov M., Shcherbak V. 2018. SETI in vivo: testing the we-are-them hypothesis.  International Journal of Astrobiology. 17, 2, 1-20

Marks G. 1979. Message through time. Acta Astronautica. V. 6 P 221-225

Panov A.D. 2017. Singularity of Evolution and Post-Singular Development. In book: From Big Bang to Galactic Civilizations. A Big History Anthology. Volume III. The Ways That Big History Works: Cosmos, Life, Society and our Future. Eds. Barry Rodrigue, Leonod Grinin and Andrey Korotaev. Delhi: PRIMUS BOOKS, 2017. P. 370-402

Rubakov V.A. 2013. Consistent null-energy condition violation: Towards creating a universe in the laboratotry. Phys. Rev. D, 88, 044015

Shcherbak V., Makukov M. 2013. The “Wow! signal” of the terrestrial genetic code. Icarus. 224, 1, 228–242

Watanabe K., Yokobori S. 2011. tRNA Modification and Genetic Code Variations in Animal Mitochondria. J. Nucleic Acids, V.2011, 623095

Zaitsev A.L. 2008. The first musical interstellar radio message Journal of Communications Technology and Electronics. V. 53, P. 1107–1113

Панов Александр Дмитриевич. Доктор физико-математических наук, почетный член Евро-азиатского Центра мегаистории и системного прогнозирования Интститута востоковедния РАН. Автор более 220 научных публикаций по нескольким разделам физики и астрофизики, теории эволюции,  проблемам астробиологии и поиска внеземного разума. Автор одной монографии, соавтор нескольких коллективных монографий.

Научные интересы: астрофизика, квантовая физика, физика гравитации и космология, теория эволюции, астробиология, искусственный интеллект, проблема SETI.

Филатов Феликс Петрович. Доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУ НИИ вакцин и сывороток им. И.И.Мечникова и Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н.Ф.Гамалеи. Автор более 200 научных публикаций по проблемам экспериментальной и молекулярной биологии, по противовирусной защите переливания крови. Автор научно-популярного издания «Клеймо создателя» (М., 2015). Научные интересы: герпес- и теоретическая вирусология, противовирусные ДНК-вакцины с аэрозольной доставкой, происхождение жизни.

---

[1]      Группой называется математическая структура, обозначим ее G, представляющая собой множество, над элементами которого определена бинарная операция, которая обычно называется умножением, и которая обладает следующими свойствами: 1) в группе G существует единичный элемент e такой, что для любого элемента a из группы G имеет место a·e = e·a = a; 2) для любого элемента a группы G существует обратный элемент a⁻¹ такой, что a·a⁻¹ = a⁻¹·a = e; 3) ассоциативность умножения: a·(b·c) = (a·b) c. Основные приложения теории групп связаны с тем, что разнообразные преобразования, например, повороты фигуры, переводящие фигуру в себя (называется группой симметрии этой фигуры), перестановки символов в строке - образуют группы. Групповой операцией здесь является последовательное применение двух преобразований, единицей группы является тождественное преобразование, которое ничего не меняет, а обратным преобразованием для любого преобразования является такое, которое возвращает объект к первоначальному виду, например, для поворота фигуры — поворот на тот же угол в обратном направлении, и т.д.

[2]      Группа преобразований, сохраняющая одинаковым порядок следования оснований на сторонах матрицы, есть группа перестановок, она же — симметрическая группа четвертого порядка, которая обозначается S₄. Полная группа, сохраняющая октеты Румера, есть прямое произведение двух симметрических групп S₄×S₄.

[3]      Напомним, что при образовании двойной спирали ДНК структура двух соседних нитей связана соотношениями комплементарности оснований: G↔C, T↔A. То есть, напротив G всегда стоит C, напротив T всегда стоит A.

[4]      https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Utils/wprintgc.cgi