|
Первым пространством, получившим широкое распространение, стало пространство ДНК. Каждый живой организм обладает геномом, представленным в виде цепочки химических молекул под названием ДНК. Молекула ДНК имеет форму двойной спирали, то есть состоит из двух спиралей, закрученных относительной общей оси. Каждая спираль представляет собой цепочку «оснований», или «нуклеотидов», представленных четырьмя разновидностями: цитозин, гуанин, аденин, тимин — обычно они обозначаются латинскими буквами C, G, A, T. Последовательности оснований на двух цепочках комплементарны друг другу: если на одной цепочке находится C, на другой в том же месте будет G, и аналогично для A и T. Таким образом, ДНК содержит две копии одной и той же последовательности — положительную и отрицательную, если так можно выразиться. В таком случае геном можно представить в виде одной довольно длинной абстрактной последовательности, состоящей из букв четырех видов, например, AATG-GCCTCAG… Геном человека, например, содержит около трех миллиардов букв.
Фазовое пространство геномов, или ДНК-пространство, состоит из всех возможных последовательностей заданной длины. Если мы имеем в виду людей, то соответствующее ДНК-пространство содержит все последовательности, которые можно составить из трех миллиардов букв C, G, A, T. Насколько велико такое пространство? С математической точки зрения, мы имеем дело с такой же задачей, как и в вопросе о машинах на парковке, поэтому ответ выглядит как 4 × 4 × 4 ×… × 4 три миллиарда раз. Проще говоря, 43 000 000 000. Это число намного больше, чем 70-значное число, которое мы получили в задаче о парковке. Оно даже больше, чем Б-пространство книг обычного размера. Собственно говоря, запись этого числа состоит примерно из 1 800 000 000 цифр. Если бы вы записали это число, отводя по 3 000 цифр на страницу, вам бы потребовалась книга из 600 000 страниц, чтобы уместить его целиком. Представление о ДНК-пространстве оказывается очень полезным для специалистов по генетике, изучающих вероятные изменения в цепочках ДНК, например, «точечные мутации», при которых изменяется одна буква кода — скажем, в результате ошибки копирования. Или воздействия высокоэнергетических космических лучей. Вирусы, к примеру, мутируют настолько часто, что говорить о конкретных вирусных видах просто бессмысленно. Вместо них биологи используют квази-виды, графически представленные в виде скоплений близких последовательностей в ДНК-пространстве. С течением времени эти скопления перемещаются с места на место, но не теряют целостности — тем самым вирус сохраняет свою индивидуальность. За всю человеческую историю общее количество людей не превысило десяти миллиардов. Это всего лишь 11-значное число, составляющее крошечную долю всех упомянутых возможностей. Таким образом, люди по сути исследовали лишь незначительную часть ДНК-пространства, точно так же, как все написанные книги занимают незначительную часть пространства библиотек. Конечно же, интересные вопросы вовсе не так просты. Большая часть буквенных последовательностей не составляет осмысленной книги, а большая часть последовательностей ДНК не соответствует никакому жизнеспособному организму, не говоря уже о человеке.
Итак, мы подошли к слабому месту фазовых пространств. В физике вполне разумно предположить, что интересующее нас фазовое пространство может быть «предопределено» — то есть описано еще до того, как мы начнем задавать вопросы о самой системе. В этом вымышленном фазовом пространстве мы можем представить любое расположение тел Солнечной системы. Мы не обладаем технологией, которая позволила бы нам это сделать, но вполне может представить себе конечный результат и не видим никаких физических причин, по которым конкретную конфигурацию следовало бы исключить из рассмотрения. Однако в случае ДНК-пространства интересные вопросы касаются не всего гигантского множества возможных цепочек. |
