Цифровой призрак в машине: Почему 13 лет попыток воссоздать червя OpenWorm так и не оживили код
Микроскопическая нематода C. elegans считается одним из самых изученных существ на планете. На протяжении тринадцати лет участники амбициозного проекта OpenWorm пытались перенести её биологическую сущность в программный код. Результат? Грандиозное столкновение с непостижимой сложностью живой материи.
За окном бушевали сухие ветры Санта-Ана, когда я впервые запустил симуляцию на своём компьютере. Процесс не требовал хакерских навыков: достаточно было открыть терминал, скопировать несколько команд из репозитория GitHub и наблюдать, как каскады символов заполняют экран. Листая код, я выхватывал взглядом знакомые термины — «нейрон», «синапс». Когда друг позвал меня ужинать, я крикнул ему: «Минутку, я тут запускаю червя на ноутбуке».
В корейском ресторане царила атмосфера сюрреализма: порывы ветра гнули пальмы и швыряли тележки по парковке. «Ты что, занялся киберпреступностью?» — переспросил мой спутник, пытаясь перекричать шум. Я объяснил, что это не вредоносное ПО, а попытка воссоздать живое существо, подобное персонажам из детских книжек Ричарда Скарри.
К моему возвращению стемнело, и первые искры лесных пожаров уже достигли Альтадены. На экране, в объёмном пиксельном пространстве, застыл мой червь. Заострённый с обоих концов, он парил в цифровом тумане — пугающе неподвижный и прямой. Он не был живым, но казался «мертвее мёртвого». «Поздравляю, — сказал Стивен Ларсон, соучредитель проекта, когда мы связались позже. — Вы только что выполнили «Hello World» нашей симуляции».
OpenWorm — это проект с открытым кодом, стартовавший в 2011 году. Его цель — ни много ни мало — создание полноценного цифрового двойника Caenorhabditis elegans с точностью до каждой молекулы. Успех означал бы рождение первого в мире виртуального животного, квинтэссенцию всех наших знаний о том, как мозг взаимодействует с физическим миром для формирования поведения. В системной биологии это называют «святым Граалем».
Однако триумф пока не достигнут. Текущая версия симуляции переводит экспериментальные данные в вычислительную структуру c302, которая управляет виртуальной мускулатурой в динамической жидкой среде. Чтобы воспроизвести всего пять секунд движения червя по поверхности, компьютеру требуется около десяти часов вычислений.
За десять часов мир может измениться до неузнаваемости. По совету Ларсона я изменил параметры и углубился в «зловещую долину» симуляции. Проснувшись следующим утром в оранжевом мареве от смога пожаров, я увидел две вещи, от которых замерло сердце: Лос-Анджелес был в огне, а мой червь — наконец-то сдвинулся с места.
В поисках смысла: Зачем оцифровывать нематоду?
Вполне резонный вопрос: зачем тратить 13 лет на программирование микроскопического организма в столь хрупком и проблемном мире? Ответ кроется в знаменитом изречении Ричарда Фейнмана: «Что я не могу создать, того я не понимаю».
Долгое время биология была редукционистской наукой: мы разбирали жизнь на «запчасти» — органы, клетки, белки. Но жизнь — это не часовой механизм, а динамическая система. Чтобы понять её суть, недостаточно просто изучить детали — нужно суметь собрать их обратно.
C. elegans — крошечное существо, едва превышающее по длине ширину человеческого волоса. В его теле менее тысячи клеток, из которых всего 302 являются нейронами. Это практически минимально возможный мозг. Нетта Коэн, нейробиолог из Университета Лидса, отмечает: несмотря на примитивность, этот червь — «свободноживущее» животное. Он ест, размножается, избегает опасностей и стареет. Весь цикл жизни умещается в одном миллиметре.
«Мы знаем схему его соединений, но не понимаем их динамику», — поясняет Коэн. Это идеальный вызов для математиков и программистов.
Первопроходцем был Сидней Бреннер, который в 1986 году опубликовал статью «Разум червя». Его команда потратила 13 лет, вручную анализируя срезы тканей под электронным микроскопом, чтобы составить карту нервной системы. С тех пор компьютерные науки неоднократно пытались штурмовать эту вершину, но биология раз за разом усмиряла амбиции программистов.
Коэн посвятила 20 лет моделированию синусоидальных движений нематоды, но признаёт: мы до сих пор не до конца понимаем, как червь движется назад или в трёхмерном пространстве. «Почему? Потому что это биология», — смеётся она.
Между «Матрицей» и биологической реальностью
Стивен Ларсон сегодня звучит гораздо скромнее, чем в начале пути. «Этот проект может стать моим делом всей жизни, моим собором, — говорит он. — Даже если я не дострою его, другие смогут продолжить». OpenWorm не проводит собственных экспериментов, а аккумулирует данные из сотен лабораторий. Но биологические данные поступают медленно, а их интеграция в единую модель — титанический труд.
Недавно группа учёных, включая Коэн и Гала Хаспела, предложила новый амбициозный план: активировать каждый из 302 нейронов по отдельности и фиксировать реакцию всей системы. Это потребует десяти лет работы, миллионов долларов и сотен тысяч живых особей. И в итоге учёные лишь повторят то, что природа делает сама по себе каждую секунду.
Хаспел сравнивает это с программой «Аполлон». Это не просто «тамагочи за миллионы долларов», а способ создать инструменты для понимания более сложных систем, включая человеческий разум. Однако когда разработчики в соцсетях шутят о «базовой реальности», глядя на симуляцию червя, профессиональные учёные, такие как Падраиг Глисон, морщатся. Их цель — не философские диспуты о Матрице, а попытка понять биологическую механику.
Эдуардо Изкиердо, специалист по моделированию, подчеркивает: «Карта не должна быть идентична территории, иначе она бесполезна». Мы ищем модели, которые помогут нам думать о том, что нам уже известно. Но полноценная симуляция — это совсем другой уровень. Если цифровой червь будет идентичен биологическому вплоть до молекул, останется ли он просто «картой»?
Жизнь — это информация, но информация, облечённая в материю. Наблюдая за тем, как пепел от лесных пожаров ложится на мой подоконник, я невольно думаю о хрупкости бытия. Жизнь невероятно легко уничтожить — достаточно одной случайной искры. И в то же время её невыносимо трудно воссоздать. Заставить виртуального червя проползти хотя бы сантиметр — это труд десятилетий, который, возможно, никогда не будет завершён. Только пытаясь собрать жизнь заново, мы осознаём её истинную, незаменимую ценность.
