«Переводы»: Физика социума. Можно ли объяснить альтруизм через термодинамику?

Биофизическая революция

«Что есть жизнь?» В 1943 году Эрвин Шредингер поднял этот вопрос в серии лекций в Тринити колледже, Дублин. Уже прославившись как герой квантовой революции, он взвалил на ученых новую миссию: попытаться объяснить поведение живых организмов на основе имеющихся средств из области физики.

Спустя семьдесят пять лет революция биофизики все еще продолжается. Призыв Шредингера вдохновил его коллег присмотреться к строительным блокам жизни во всех масштабах: от крохотной молекулы ДНК до стайных рыб или колонии муравьев, строящей муравейник. Моя исследовательская группа в Гарварде сфокусирована на понятии альтруизма: почему существа жертвуют собой во имя общего блага.

Однако вместо того, чтобы опираться в изучении данного вопроса на психологию или философию морали, мы обращаемся к термодинамике, пытаясь применить тепловые законы и законы взаимодействия микрочастиц к поведению макромира.

Парадокс заключенного

Рассмотрим альтруизм на примере простого взаимодействия между двумя людьми – скажем, Айлы и Бабака. Каждый из них должен выбрать один из двух вариантов: сотрудничать с другим или нет. Если Айла кооперируется с Бабаком, она потеряет небольшую сумму, допустим, один доллар, в пользу центрального банка, который заплатит Бабаку пять долларов. В случае отказа от сотрудничества ничего не происходит. Таким образом, если оба игрока откажутся сотрудничать, баланс каждого останется неизменным. Если оба сыграют в пользу друг друга, каждый получит по четыре доллара. Если один сотрудничает, а другой – нет, первый теряет один доллар, а второй получает пять.

Правила этой игры элементарны, и мы можем без труда представить исход любого расклада событий. Например, наибольшая выгода достигается взаимным сотрудничеством. Казалось бы, что хорошо для группы, должно быть хорошо и для индивида. Однако всеобщего сотрудничества не так-то легко достичь. На этом месте становится по-настоящему интересно.

Представьте большую группу людей, которые взаимодействуют согласно этой модели сотрудничества или отказа от него, но которые при этом не имеют возможности общаться между собой. Лишенные какого бы то ни было физического контакта, они не могут знать, кто находится «по ту сторону», поэтому каждый выбирает определенную стратегию и придерживается ее.

Затем представьте, что каждый может периодически сравнивать свои доходы с чужими. Если альтруист и эгоист сравнят свой «бюджет», первый несомненно будет разочарован: эгоист получает по пять баксов с каждого альтруиста, в то время как сам альтруист получает четыре с каждого другого альтруиста и теряет один на эгоисте. Возмущенный таким положением дел, альтруист сменит тактику, наживаясь на других наивных, пока последний из них не влезет в долги и не начнет отказываться от сотрудничества.

Но это работает по-другому. Несмотря на, казалось бы, очевидную выгоду эгоистичной стратегии, мы все равно постоянно наблюдаем примеры альтруистичного поведения и самопожертвования, даже если люди остаются «невидимыми» друг для друга. Во время отключений электричества или перебоев водоснабжении в городе, его жители добровольно идут на жертвы, чтобы сократить расход электроэнергии или воды. Иногда люди рискуют своей жизнью, чтобы помочь совершенно незнакомым людям.

Это наводит на мысль, что во время нашего мысленного эксперимента мы допустили две роковые ошибки. Первая заключается в том, что мы вряд ли станем все время придерживаться одной и той же линии поведения. Безусловно, мы скорее станем сотрудничать с близким другом или родственником, нежели с незнакомым человеком. Наши представления о законах взаимодействия на микроскопическом уровне могут быть неверными.

Вторая ошибка состоит в заблуждении о том, кто с кем взаимодействует. Даже если оставить неизменными очень упрощенные правила нашей игры, наивно было бы полагать, что каждый имеет одинаковые шансы столкнуться с любым другим, особенно в больших группах.

На самом деле очень большое значение имеет структура этой «социальной сети»: связи между ее участниками и количество людей, в эту связь вовлеченное. Это оказывает невероятное влияние на поведение этих людей, их «процветание» или «гибель» в данном сообществе. В книге, написанной в соавторстве с Роджером Хайфилдом (Roger Highfield), глава нашей лаборатории Мартин Новак (Martin Nowak) проводит параллель между структурой популяции и фазами некоего вещества.

Представьте, как сталкиваются друг с другом молекулы воды. Структура льда (когда молекулы неподвижны и могут «видеть» лишь нескольких ближайших соседей) предполагает последовательность взаимодействий, отличную от жидкой воды (где молекулы не только «видят» ближних соседей, но и имеют возможность передвигаться и исследовать другие территории) или пара (где нет знакомых соседей, а молекулы свободно перемещаются на огромные расстояния).

Кристаллическая решетка общества

Повышение температуры твердого тела в конечном итоге превратит его в жидкость, а затем – в газ. По аналогии с этим можно ввести понятие «социальной температуры», определяющей вероятность взаимодействия между людьми и то, насколько они друг от друга далеки. В нашем мысленном эксперименте мы, подобно молекулам газа, постоянно сталкиваемся с незнакомыми людьми, как когда пытаемся пробраться сквозь толпу к вагону метро в час пик. В подобных условиях (как и в реальном переполненном метро) сотрудничать, как правило, проблематично.

А что мы видим на другом конце – в «твердом теле»? Структура «твердого» общества будет неизменна, как кристаллическая решетка. Вы постоянно контактируете с одними и теми же людьми, знаете об их репутации и чего от них можно ожидать. Для большинства из нас кристаллическая решетка является наиболее точной иллюстрацией нашей социальной жизни. Мы имеем долгосрочные связи с друзьями и семьей и часто общаемся с ними, практически не контактируя с друзьями друзей и прочими малознакомыми людьми.

То, насколько редки эти случайные контакты, позволяет нам терпеть меньше предательств. Вы относитесь с большим подозрением к незнакомцу в вагоне метро, чем к сантехнику вашей двоюродной сестры. Но кто бы из них вас ни обманул, потеряете вы, в любом случае, немного. Поэтому, если все, подобно молекулам газа, попытаются хаотично взаимодействовать друг с другом, кооперации не получится – люди будут слишком подозрительны. С другой стороны, если начать рвать эти тонкие коммуникативные ниточки, появится много изолированных кластеров, внутри которых стать «перебежчиком» можно будет стать только в кругу «друзей друзей своих друзей».

Полупроводники и перебежчики

Твердые полупроводники – эти кусочки металла, которые являются основой любого гаджета в современном мире – позволили взглянуть на физику альтруизма абсолютно по-новому. В полупроводниках от молекулярной структуры металла зависит, сколько электроэнергии потребуется для его «активации», когда сила тока, проходящего через полупроводник, подскакивает с нуля до определенного числа.

В недавно вышедшей в «Nature» статье мои коллеги, основываясь на том же принципе, предположили, каков должен быть объем вознаграждения, чтобы «включить» альтруизм и дать ему толчок к распространению в популяции. В некоторых случаях требуется чуть больше одного доллара. Такие коммуникативные сети – благодарная почва для развития альтруистичной модели поведения. В других ситуациях запросы на порядок выше, и там дела обстоят не так радужно.

Что насчет «жидких» популяций? Ранее мы рассмотрели, как взаимодействуют молекулы в мягких «социальных веществах». Примерами таковых могут служить клубы, рабочие коллективы, кофейни, творческие движения. Здесь индивиды принадлежат к одной или нескольким группам и могут свободно выходить из одних и примыкать к другим. Эта мобильность напрямую способствует сотрудничеству: стоит кому-нибудь одному совершить предательство, остальные без труда покинут группу и организуют новую.

Но в случае, когда существуют препятствия для свободных миграций, начинают работать «правила большого пальца». Если перемещение слишком затратно, вам придется мириться с предателями, пока вы не сможете покинуть группу. В противном случае выметайтесь и захватите с собой как можно больше сподвижников.

Разумеется, в реальной жизни социальная структура – это сложная смесь популяций в разных фазах. У нас имеются прочные связи, которые периодически формируются или разрушаются. Мы примыкаем к организациям и покидаем их совершенно свободно. В поездах и аэропортах мы вступаем в бесчисленное множество мимолетных взаимодействий с незнакомцами, которых нам, вероятнее всего, не суждено встретить снова. Однако, рассматривая каждое из этих состояний с точки зрения физики, мы вплотную приблизились к рецепту альтруизма – правилам для определенных структур, которые могли бы способствовать сотрудничеству элементов в этих структурах.

Мы имели возможность наблюдать, что сильные близкие связи способствуют развитию альтруистичного поведения. Мобильность и гибкость снижают вероятность поведения эгоистичного, но для создания «газообразной» среды требуется слишком много энергии, а сотрудничество там подавляется самой средой. Ученым предстоит еще долгий путь, чтобы понять физику биологических систем. Но мне приятно думать, что Шредингер был бы доволен тем, как далеко мы продвинулись.

Оригинал

Об авторе: Ски Кригер (Ski Krieger) научный сотрудник с ученой степенью, работающий в рамках «Программы по эволюционной динамике» (ориг. «The Program for Evolutionary Dynamics») в Гарвардском университете.

Комментарий переводчика

Мысленный эксперимент о двух людях, имеющих выбор, сотрудничать друг с другом, или нет, широко известен как так называемый «парадокс заключенного». Это одна из фундаментальных проблем теории игр, в которой игроки не всегда будут сотрудничать друг с другом, даже если это в их интересах. Предполагается, что игрок («заключенный») максимизирует свой собственный выигрыш, не заботясь о выгоде других.

Суть проблемы была сформулирована Мерилом Фладом и Мелвином Дрешером в 1950 году. Название дилемме дал математик Альберт Такер.

В классическом варианте предательство строго доминирует над сотрудничеством, поэтому единственное возможное равновесие – предательство обоих участников. Однако если игроки могут оценивать возможность предательства со стороны других игроков, на их поведение влияет опыт. Эта особенность – главное поле интереса взаимного альтруизма, группового отбора, семейного отбора и этики.

К довольно интересному выводу пришли исследователи Али М. Ахмед (Ali M. Ahmed) и Освальдо Салас (Osvaldo Salas). В своей статье, опубликованной в «Journal of Behavioral and Experimental Economics» (более известном как «Journal of Socio-Economics») они выдвинули утверждение, что религиозные представления существенно повышают степень сотрудничества между игроками. В проведенных исследованиях, даже неявное упоминание религиозных слов в предварительном задании перед игрой приводило к существенному повышению просоциального поведения.

Альтруизм как одно из основополагающих понятий социобиологии подробно рассматривает Ричард Докинз в своем «Эгоистичном гене». Парадоксу заключенного, его вариациям и многочисленным стратегиям этой игры посвящена целая глава «Хорошие парни финишируют первыми». Этой фразой воспользовался американский биолог Гаррет Дж. Хардин, чтобы кратко сформулировать идеи социобиологии и явления, которое можно было бы назвать «эгоистичным генным механизмом».

Рассматривая альтруизм в разрезе эгоистичного гена, Докинз в свойственной ему филигранной форме с легкостью опровергает кажущееся противоречие между этими двумя понятиями. В частности, он рассказывает о реципрокном альтруизме, который лежит в основе любых симбиотических отношений. Автором термина «реципрокный (т. е. «взаимный») альтруизм» является американский эволюционный биолог и социобиолог Роберт Л. Триверс.

В контексте родственных отношений внутри некоторого вида Докинз возвращается к вопросу альтруизма в «Расширенном фенотипе» (глава «Манипуляции и гонка вооружений»).

Под принципиально новым углом он взглянул на это понятие в «Бог как иллюзия». Он посвятил главу «Корни нравственности – почему мы хорошие?» вопросу о зарождении понятий о добре и зле, нравственных качествах, морали, приличиях, сопереживания в свете дарвиновской идеи об эволюции. «Разве доброте есть место в теории «эгоистичного гена»? Есть» – заявляет Докинз.

Для оформления использованы работы DIMA FLOOD.