Экономист Брайан Артур смоделировал технологическую эволюцию: из простых NAND gate он случайно собирал всё более сложные схемы — вплоть до 12-way AND gate или 4-bit adder. Главный трюк — модульность. Готовая деталь используется как кирпичик для следующей, и это резко сужает дерево поиска.
Биологическая эволюция делает то же самое, только её «детали» — гены, а «случайность» — мутации и половое размножение. В простейшей симуляции живут 100 существ, у каждого геном из 200 генов (1 — «хороший» аллель, 0 — «плохой»). При бесполом размножении потомок — копия родителя с шансом мутации 0,2% на ген. Отбираются 100 самых приспособленных (сумма единиц). Проблема: когда у родителя хороших генов больше половины, случайная мутация их скорее испортит, чем улучшит. После 200 поколений средняя приспособленность доползла до 187 из 200.
Половое размножение работает иначе. У каждого потомка два родителя, каждый ген берётся случайно от одного из них. Мутаций нет — изменчивость даёт только перетасовка. Результат: максимум в 200 достигается за 33 поколения. Почему? Потому что скрещивание не снижает среднюю приспособленность потомков (в отличие от мутаций, которые в среднем вредят). Отбор просто берёт верхнюю половину распределения — и fitness растёт быстро.
Скорость роста при половом размножении пропорциональна квадратному корню из длины генома. При бесполом — падает до 0,25 гена за поколение. Ещё феномен «clonal interference»: в бесполой популяции две полезные мутации, возникшие у разных особей, конкурируют, и одна вымирает вместе со своей ветвью. В половой популяции они легко объединяются. Гены от почти 75% исходных особей всё ещё присутствуют через 34 поколения — против 1% у бесполых.
Информационно это выглядит так: при бесполом поиске мы за раз получаем меньше 0,000001 бита информации. Модульность — когда мы проверяем каждый ген отдельно — даёт 0,003 бита за попытку, в 3000 раз быстрее. Половое размножение делает с поиском генов то же самое: вместо «угадай весь геном» получается 200 параллельных «найди лучший ген в этой позиции».
Важное уточнение: модель считает гены независимыми. В реальности fitness одного гена часто зависит от других (NK-ландшафты Кауфмана). Но даже упрощение объясняет механику. К тому же бактерии с бесполым размножением обходят ограничение horizontal gene transfer — именно так в природе распространяется устойчивость к антибиотикам, и до 20–80% их генома получено таким путём. Технологии выигрывают от модульности — биология использует тот же принцип через рекомбинацию ДНК.