Простая и неудобная экспериментальная задача из лаборатории Майкла Левина в Тафтсе. Планария — пресноводный плоский червь длиной около сантиметра. Отрежьте ей голову, и через неделю голова отрастёт. Этим занимаются с XIX века, удивительного здесь нет.
Если же во время регенерации навязать клеткам раневой зоны определённый рисунок мембранных потенциалов (лаборатория Левина делает это электрическими и фармакологическими средствами), планария отращивает две головы вместо одной. Что градиент напряжения управляет формой, ожидать было можно.
Но если такого двуглавого червя разрезать пополам без всякого вмешательства, обе половины снова отращивают по две головы, и каждый следующий разрез повторяет ту же картину. Двуглавость воспроизводит сама себя цикл за циклом, без изменений в генах и без продолжения внешней стимуляции. Дюрант, Морокума, Филдс, Уильямс, Адамс и Левин описали этот эффект в 2017 году (Biophysical Journal 112, 10).
Значит, часть «плана тела» хранится вне ДНК (у обоих фрагментов червя она одинакова) и вне локальных белковых сборок, потому что после полной регенерации все ткани новые. Где-то между клетками держится устойчивый информационный рисунок, который воссоздаёт ту же форму из любого материала, попавшего в его «поле».
Левин называет это биоэлектрической памятью. Технически это стационарные рисунки мембранных потенциалов в сетях межклеточной связи. Феноменологически — голограмма формы тела, разлитая по живой ткани.
Что предсказывает Pointer Architecture
Если организм устроен как распределённый процесс с локальными терминалами (клетками) и общей памятью формы (биоэлектрическим полем), то клетка — узел, который читает значения из адресуемой структуры, и никакого самостоятельного плана она в себе не держит.
Отсюда два проверяемых предсказания.
Первое. Морфологическая память не должна сводиться к локальным сигнальным цепочкам. Если она адресная, то физическое удаление ткани в зоне её не стирает: новые клетки просто перечитывают её заново. Это уже наблюдается: двуглавость планарии переживает ампутацию.
Второе, новое. Если рисунок адресуется, его должно быть можно перенести из одного организма в другой без переноса генетического материала: снять электрический ландшафт двуглавой планарии, навязать его обычной, и обычная в следующем цикле регенерации должна начать строить две головы. Технически это сложно, но в принципе выполнимо: матрицы для фиксации потенциала и оптогенетическое управление ионными каналами дают нужный инструментарий. Первый шаг в эту сторону сделан ещё в 2012 году: Пай с коллегами (Development 139, 313) навязали клеткам на хвосте эмбриона шпорцевой лягушки «глазной» рисунок потенциалов и получили там глаз с клетками сетчатки и хрусталика.
Ксеноботы: тело без плана
В 2020 году Кригман, Блэкистон, Левин и Бонгард описали в PNAS (117, 4) ксеноботов — самоорганизующиеся биологические объекты, которые эволюционный алгоритм собрал из клеток кожи и сердечной мышцы шпорцевой лягушки. Ни геном клеток, ни какой-либо внешний план при этом не меняли. Скопления из нескольких тысяч клеток ведут себя согласованно: движутся в одну сторону, собирают вокруг себя частицы, простейшим образом чинят повреждения.
Классическая биология объяснить этого не может. Геном этих клеток никогда не «видел» режима ксенобота: клетки взяты из эмбриона лягушки, где их путь развития заканчивается эпителием кожи. И всё же они координируют поведение на масштабе сотен микрон.
Если Pointer Architecture верна, клетки умеют запрашивать форму у распределённой структуры даже тогда, когда геном таких форм не кодирует. Локальная обстановка — положение, соседи, ионные градиенты — превращается в адрес, по которому читается ответ.
Предсказание здесь жёсткое: при одинаковых геномах и тканях разные начальные биоэлектрические условия должны давать предсказуемо разные итоговые формы. Проверить это можно на тех же протоколах выращивания ксеноботов, систематически меняя мембранные потенциалы и записывая исход.
Что это меняет для программы
Программа Pointer Architecture стоит на трёх опорах. Формальная уже построена: препринт реализует субстрат как работающий код с заранее записанными фальсификаторами. Наблюдательная, описанная в эссе о внимании, ждёт предрегистрированного эксперимента с генераторами случайных чисел.
Биологическая проверка — самая дорогая и самая сильная. У биоэлектрической памяти формы до сих пор нет согласованной механистической теории. Pointer Architecture даёт здесь чёткое предсказание: память адресуется, а значит, её можно переносить независимо от носителя. Если перенос удастся, биология получит новый язык, в котором клетка — клиент, запрашивающий план формы у сети. Если не удастся, Pointer Architecture лишится одной из трёх опор.
В одиночку такой эксперимент не поставить. Это работа для лаборатории уровня Левина или равной ей по технике. Эссе нужно затем, чтобы предсказание было записано публично до эксперимента. Это предрегистрация на уровне теории, и нужна она по той же причине, что и в обычной экспериментальной работе: чтобы никто, включая автора, не смог задним числом приписать к найденному результату «именно это я и предсказывал».
Сопутствующая книга, Небесный Код, сводит все три опоры программы в один текст. Это эссе — о самой неудобной из них.