О правах животных in silico

Червь Caenorhabditis elegans

Спасибо братьям Вачовски, нетривиальная идея «тотальной симуляции» нынче понимается и принимается даже людьми, далёкими от информатики. Многие готовы признать, а кто-то — уж не знаю, в шутку или всерьёз — даже верит, что и люди, и животные, и вообще всё нас окружающее, не более чем программы, исполняемые на гигантском суперкомпьютере, построенном иной цивилизацией. И тема вроде бы изучена вдоль и поперёк, в том числе популярной прессой, но кое-что от обывателя всё же утаили.

Речь о том, что сам человек уже подошёл к черте, за которой возможности нашей вычислительной техники оказываются достаточными для полной симуляции живых организмов. Приятно, сидя на диване с бутылочкой пива, поразмыслить, тварь я дрожащая цифровая так сказать или право имею. Но пора задуматься и вот над чем: не следует ли наделить равными правами тех существ, которых мы уже воссоздаём в своих цифровых симуляторах?

Примеров можно привести много, но мне особенно нравится один, который сейчас как раз на слуху. Я говорю о проекте OpenWorm. «Компьютерра» писала о нём пару лет назад, но с тех пор утекло немало воды и ещё больше байтов, так придется повторить предысторию и суть.

 В рамках проекта Open Worm создан червь — точнее, его компьютерная модель. За основу была взята нематода, круглый червь, причём это не просто трёхмерная модель: имитируется каждая клетка животного. Его создатели заставили искусственное животное изгибаться как настоящее. Затем разработчики включили нервную систему существа: они надеются, что это позволит узнать, как и почему оно так движется.

Проект Open Worm начался в мае 2013 года. Червь Caenorhabditis elegans является одним из наиболее изученных организмов на Земле. Он стал первым животным, геном которого был полностью декодирован. Каждая из тысячи клеток червя смоделирована на компьютере.

Сначала энтузиасты заставили сокращаться несколько сегментов мышечной ткани существа, но теперь в распоряжении разработчиков есть целый червь. Код, ответственный за движение мышечной ткани существа, был оптимизирован таким образом, чтобы движения самого червя соответствовали реальной нематоде. Caenorhabditis elegans передвигается в водной среде со скоростью около 1 мм в секунду. Следующий шаг — совместить готовое тело с нервной системой, что и было сделано.

Червь Caenorhabditis elegans

В природе — настоящей живой природе — есть такое существо, червь Caenorhabditis elegans (С.e). Длиной всего-то в миллиметр, живущий в почве, он обратил на себя пристальное внимание биологов в последней четверти прошлого века своей исключительной простотой. C.e «состоит» примерно из одной тысячи живых клеток (плюс-минус в зависимости от пола особи), в числе которых и три сотни нейронов, образующих его нервную систему («мозг»). Карта связей между нейронами (т.н. коннектом) учёными составлена. Добавьте к этому изученный геном и высокую скорость воспроизводства (каждые четыре дня) и вы поймёте, почему этот крохотный червь стал для биологов своего рода живой пробиркой или, что то же самое, «организмом-моделью». Учёные любят ставить на нём эксперименты: они примерно знают, что должно получиться в результате того или иного вмешательства, и имеют возможность быстро результат оценить.

В веке XXI за C.e взялись и вычислительные биологи. Несколько раз к нему подступались японцы — намеревавшиеся воссоздать нервную систему червя на компьютерах. Но даже с тремя сотнями нейронов и несколькими тысячами связей между ними, задача оказалась непростой и решить её удалось только отчасти. Дело в том, что хоть карта соединений-синапсов нарисована, параметры каждого синапса неизвестны. А ведь кроме нервных клеток нужно симулировать ещё и хотя бы некоторые другие клетки организма — например, мышечные (таких около сотни), чтобы посмотреть, будет ли симулированный червь вести себя подобно живому. Значит, необходима не только симуляция электрической и химической активности, но и механическая.

Фрагмент цифровой модели C.e, разрабатываемой в проекте OpenWorm.

Короче говоря, задача экстраординарная и для её решения потребовались экстраординарные меры: тут и вступает в игру OpenWorm. Это проект, построенный на принципах open source средствами open source (Eclipse, NeuroML и др.). Основали его учёные и энтузиасты (в том числе из России), принять участие может каждый желающий. Задачу — создание полного цифрового симулятора C.e — разбили на части и к настоящему моменту удалось решить некоторые из них: построить цифровую механическую модель червя, воссоздать нервную систему и мышцы. Методы порой используются не совсем честные (к примеру, неизвестные параметры подбираются опытным путём), но результаты уже впечатляют — и в следующем году отдельные компоненты планируется свести воедино, по крайней мере заставив цифрового червя двигаться в виртуальной песочнице.

Программа, впрочем, остаётся программой: не все готовы провести аналогию между живым существом и моделью на экране. Чтобы осознать, насколько близко мы подошли к симуляции жизни на компьютерах, стоит взглянуть ещё на один проект, с OpenWorm непосредственно связанный. Один из участников разработки цифрового червя (Timothy Busbice) собрал из конструктора Lego Mindstorms простецкого робота — но вместо программирования, «имплантировал» в него коннектом OpenWorm.

Получился, строго говоря, не червь: у робота два независимых ведущих колеса вместо мышц, микрофон и сонар вместо носа, всего только пара тактильных датчиков. И тем не менее, двигаясь, он повторяет поведение червя: натыкаясь на преграду, притормаживает, виляет попой и т.д.

Да, симуляция далека от идеальной: тело не то, не тот набор «сенсоров», непонятно, насколько робот способен к обучению, не полностью воссоздана молекулярная сложность (даже в случае с нейронами дело не ограничивается электрическими импульсами). Но поведение робота требует признать: это живое существо, воссозданное в кремнии и металле. А раз так, необходимо сделать и следующий шаг: живое требует особого отношения!

Мы развиты достаточно, чтобы допустить, что некоторые фундаментальные права присущи не только человеку, но и другим живым существам. Ожесточённые дебаты, ведущиеся сейчас, в частности в Европе, обещают закончиться закреплением прав животных чуть ли не в конституции. А общий смысл прост: равноценность базовых потребностей. Например, боль способно испытывать почти всё живое — соответственно, и потребность её избежать, присущая другим существам, должна быть человеком уважаема.

Что такое боль? Штука сложная, спорная, как и всё живое. С точки зрения науки — это ощущение и эмоциональное переживание, связанное с возможным повреждением живой ткани. То есть не только сильное раздражение рецепторов и последующая передача информации по электрическим и химическим каналам, но и реакция на него. Вот почему для беспозвоночных вопрос чувствительности к боли особенно щекотлив (очень уж они примитивные!). Но по крайней мере для C.e вопрос изучен: этот червь чувствителен к экстремальным температурам и избегает их.

Цифровая  модель C.e, разработанная в проекте OpenWorm

А теперь — попробуйте сформулировать, чем принципиально отличается червь in silico от червя in vivo? Боль и для того и для другого — всего лишь экстремальные импульсы в нейронном коннектоме (сознанием, а значит, эмоциями, они не наделены). Но раз так, не следует ли распространить права животных и на симулированного червя, и вообще симулированных живых существ? В частности, запретить причинять им беспричинные страдания?

Последствия будут… странными. Вычислительная биология питает прорывы в биологии классической: наблюдая за отличиями в поведении симулированного организма и живого, учёные проникают глубже в тайны живой природы. Но теперь, выходит, опыты над симулированными существами — вроде нашего цифрового C.e — придётся запретить или ограничить. Например, обязать учёных делать цифровое существо нечувствительным к боли, погружать его в «цифровой наркоз».

Смешно? Но взгляните на это под таким углом. Мы достигли великого могущества: научились если не создавать, то копировать живое. Однако, воспроизведя жизнь, почувствовали ли мы ответственность за неё? Кто дал нам право играться с жизнью, причинять страдания из прихоти? И — что за химический фашизм! — почему сострадание к белковым структурам не распространяется на идентичные функционально структуры полупроводниковые, цифровые?