3186-1 (Возможна ли теоретическая биология?)

Возможна ли теоретическая биология?

Хоменков А. С.

По словам современного ученого, «в естествознании и философии науки давно стало признаком хорошего тона говорить о том, что теоретической биологии до сих пор не существует. Эту точку зрения разделяют многие биологи» (Мирзоян, 1999, с. 3—8). В то же время вряд ли у кого-то вызывает сомнения тот факт, что существует теоретическая физика. Известный английский физик Эрнст Резерфорд, кстати, утверждал в свое время, что «все науки о природе делятся на физику и коллекционирование марок» (цит. по: Тихомиров, 2000, с. 80). Инструментом, позволившим физике преодолеть «описательный период» своего существования является, безусловно, математика. Дж. Г. Рэндалл утверждал, что «наука родилась из веры в математическую сущность природы, утвердившуюся задолго до того, как это удалось проверить экспериментально» (цит. по: Клайн, 1988, с. 239).

Но каков метафизический смысл «математической сущности природы» и распространяется ли этот принцип на живую материю?

Возможна ли математизация биологии?

Многие исследователи интуитивно чувствовали необходимость основательной математизации биологического знания. У. Эльзассер полагал, что «еще несколько поколений исследователей должны будут сосредоточить свои усилия на математической биологии, прежде чем возникнет подлинная теоретическая биология» (Мирзоян, 1999, с. 6). Известный русский биолог А.А. Любищев одной из предпосылок построения теоретической биологии также считал «внедрение в биологию математического способа мышления» (цит. по: Мирзоян, 1999, с. 7). В то же время некоторые исследователи указывают и на неадекватность имеющегося математического аппарата биологической реальности, что свидетельствует о невозможности теоретического прорыва в этой области в ближайшее время (Мирзоян, 1999, с. 6).

Однако можно поставить следующие вопросы: когда такой аппарат может быть создан? И может ли он вообще когда-либо быть создан? Не следует ли при построении теоретической биологии идти не совсем традиционным для физики путем, но вычленить из математического метода ту его гносеологическую квинтэссенцию, которая бы, работая вне контекста традиционных форм математического формализма, смогла вывести современную биологию из стадии «коллекционирования марок»? Что могут сказать об этой гносеологической квинтэссенции те исследователи, которые сами совершили глобальные прорывы в области теоретической физики?

Известный физик и философ ХХ столетия Вернер Гейзенберг, размышляя о жизни идей античных мыслителей Пифагора и Платона в истории точного естествознания, писал: «Пестрое многообразие явлений может быть понято потому, говорят Пифагор и Платон, что в основе его лежит единый, доступный математическому описанию принцип формы. По сути дела, здесь уже предвосхищена вся программа современного точного естествознания» (1987, с. 272), реализация которой началась в работах Галилея.«Отправной пункт физики Галилея, — писал Гейзенберг, — является абстрактным и лежит как раз на том пути, который Платон предначертал для науки о природе. Аристотель еще описывал реальное движение тел в природе и установил, например, что легкие тела, в общем, падают более медленно, чем тяжелые. Галилей же поставил совершенно другой вопрос: как могли бы падать тела, если бы не было никакого сопротивления воздуха? Галилею удалось сформулировать математические законы этого теоретически воображаемого движения, которое в эксперименте могло быть реализовано всегда только приблизительно. Вместо непосредственного рассмотрения совершающихся вокруг нас процессов природы появилась математическая формулировка предельного закона» (1953, с. 27). По словам Гейзенберга, Галилей «искажая и идеализируя факты, получил простой математический закон, и это было началом точного естествознания Нового времени» (1987, с. 274).

Нечто подобное мы должны совершить и в биологии: отвернувшись от пестрого многообразия биологических явлений, мы должны найти максимально простые абстрактные схемы, способные адекватно описывать биологическую реальность. При этом, не столь важно, если эти абстрактные схемы не будут столь точно отражать реальность, как это происходит в физике. Главным здесь, как и в физике, должно быть вскрытие «неизменных законов в постоянно меняющихся явлениях. Очень важно и показательно, — писал Вернер Гейзенберг, — что Платон так сильно подчеркивает именно эту, как мы ее теперь иногда называем “формальную” сторону науки» (1953, с. 26).

Эта формальная сторона в науке Нового времени, в противовес средневековой натур-теологии, как отмечают некоторые исследователи, была нацелена не на вскрытие сущности вещей, их глубинной бытийности, но на выяснение лишь формы их взаимоотношения между собой — того, что может быть описано с помощью математического метода и именуется «законом природы» (подробнее: Беляков, 1998, с. 81—92; Копейкин, 2001, с. 78). Чтобы совершить подобный прорыв в области биологии, следует, прежде всего, обратиться к той ее отрасли, которая также занимается выяснением «формы взаимоотношения между собой» различных групп организмов — систематике. Эту отрасль биологического знания некоторые исследователи называют «манифестацией фундаментальных законов природы, принципов устройства мира в целом, окном в онтологию» (Московский, 2001, с. 315).

Какие же неизменные законы можно уловить, в принципах организации того пестрого многообразия жизненных форм, которое делает устойчивой биосферу? Каким образом, отстранившись от этого многообразия, можно создать ту абстрактную модель, которая бы адекватно описывала его свойства?

Логика систематики

По словам нобелевского лауреата Р. Фейнмана «угадывание уравнений может быть наилучшим способом получения законов для тех областей физики, которые еще мало изучены» (1968, с. 230). Конечно, исследователь опирается на определенный эмпирический фундамент, но формулировка основных законов на начальном этапе создания новой теории очень напоминает угадывание той математической схемы, которой бы соответствовала исследуемая физическая реальность. Нечто подобное мы должны предпринять и делая первый шаг при отыскании внутренней логики систематики. Минимальным эмпирическим фундаментом, при этом, для нас будет тот факт, что признаки любого живого существа можно сгруппировать по рангам, соотносимым с различными таксономическими уровнями классификационной системы, предложенной в свое время Карлом Линнеем. Схематически такое разбиение (а это уже, в каком-то смысле, выполнение платоновской программы формализации нашего знания о мире) удобнее всего изображается в виде иерархической лестницы, каждая ступень которой содержит в себе информацию, принадлежащую к определенному таксономическому уровню (рис. 1). Назовем эту «угаданную» нами схему «матрицей жизни».

Каждый уровень «матрицы», если двигаться по схеме снизу вверх, соответствует признакам определенного таксономического ранга — от уровня царства и до видового уровня (на схеме, в целях упрощения, некоторые принятые таксономические подразделения опущены). Ниже всех уровней находится нулевой, указывающий на те общие признаки, которые присущи всему живому. Об этих общих признаках, в частности, говорит тот факт, что «весьма далекие между собой по систематическому положению организмы, принадлежащие к разным типам и даже царствам, оказываются сходными по характеру роста, архитектонике и жизненной стратегии» (Марфенин, 1999, с. 6). Это указывает на существенную значимость общебиологического уровня живой материи.

Итак, если мы, к примеру, попытаемся изобразить «матрицы жизни» для лошади, зебры и рыбы, то у них будет полное совпадение материала определенных ступеней «матриц» (рис. 2). У лошади и зебры такое совпадение будет распространяться с нулевого по седьмой уровень, поскольку они принадлежат к одному и тому же царству (Animalia), типу (Chordata), подтипу (Vertebrata), классу (Mammalia), отряду (Perissodactyla), семейству (Equidae) и одному и тому же роду (Equus). У «матрицы» рыбы такое совпадение с материалом «матриц» лошади и зебры будет простираться лишь с нулевого по третий уровень — уровень подтипа Vertebrata.

Конечно, как и всякая модель, «матрицы жизни» будут отражать биологическую реальность неполно и приблизительно. И, тем не менее, их использование позволит нам подвести общий знаменатель под ряд биологических закономерностей, а также выбрать ориентиры в философском осмыслении сущности живой материи. Примененная нами формальная система фактически отражает додарвиновский, типологический стиль мышления: существует некий образец — архетип каждого большого таксона, в рамках которого осуществляются варьирование признаков, реализующихся в более мелких подразделениях этого таксона (подробнее: Канаев, 1963). На приведенной нами схеме «матриц» таким архетипом может являться любой низлежащий уровень, на основании которого происходит реализация нескольких систематически более мелких подразделений. В области систематики такой додарвиновский, типологический стиль мышления, фактически является выражением той линнеевской системы классификации, которую даже такой поборник эволюционного учения, как К.А. Тимирязев в свое время называл «непревзойденной в своей изящной простоте» (Лункевич, 1960, с. 78). Характерно, что некоторые исследователи ХХ столетия — прежде всего А.А Любищев — пошли дальше Тимирязева и настаивали на том, что «в вопросах систематики мы не можем пользоваться языком эволюции» (Светлов, 1982, с. 40). По мнению Любищева «прослеживание линии эволюции – бесплодная работа для систематики. Надо строить систему, отрешившись от эволюционного подхода» (там же, с. 40). Аналогичные взгляды можно встретить у Берга, Мейена (Московский, 2000, с. 202 – 203), и других исследователей (Бергман, Хоув, 1997, с. 32).

«Философия зоологии» отстаивает свою независимость

Предпосылки возврата к додарвиновскому типу мышления можно встретить и в таких важнейших дисциплинах, как морфология и сравнительная анатомия. Если систематику можно назвать «окном в онтологию» — чем-то связанным с прорывом к пониманию основополагающих принципов организации живой материи — то сравнительную анатомию известный биолог В. А. Догель назвал «философией зоологии» (1938, с. 5), то есть чем-то способным довести сделанный прорыв до его логического завершения в виде концептуальной схемы. И эта «философия зоологии» отстаивает свою независимость от утилитарных принципов исторически выявившейся «функциональной оптимальности», как того требует учение Дарвина. Попытки воплотить эту дарвиновскую линию в структуру современной биологии окончились, в конце концов, признанием рядом исследователей несводимости логики морфологии и сравнительной анатомии ни к функциональным, ни к историческим (в представлениях эволюционистов) закономерностям. «Развитие экспериментальной физиологии на базе физикохимии вызвало тенденцию свести морфологию к физиологии и физикохимии и тем самым аннулировать морфологию как самостоятельную биологическую дисциплину. (...) Этот конфликт морфологии с физиологией основывается на методологической ошибке. Форма организма, как и вообще жизнь, не сводится к физикохимии, это “слои” бытия разного уровня» (Канаве, 1966, с. 199).

Об этом же писал и Любищев. По его мнению, заблуждение дарвиновского типа мышления состоит в том, что «историческая морфология пожрала конструктивную, которую просто перестали понимать. (...) Конструктивная морфология в понимании Любищева – это скорее то, что обычно называют “идеалистической” (лучше было бы говорить “типологической”) морфологией. Защите морфологии от чрезмерных претензий исторического метода и функционально-адаптивных интерпретаций посвящена обширная литература» (Светлов, 1982, с. 50) — работы В.Тролля, Г.Вебера, А.Ремане, И.И.Канаева, Л.Я.Бляхера и др. И эта внутренняя логика морфологии вполне может быть постигнута с помощью наших формальных схем — «матриц». Для примера разберем проблему «мозаичных форм».

Что такое «мозаичная форма»?

Исследователь Гэвин Де Бир писал о характерном представителе мозаичных форм — археоптериксе — следующим образом: «Археоптерикс имеет типичные признаки рептилий и типичные признаки птиц, но ни одного, о котором можно было бы сказать, что он находится точно между птицей и рептилией» (цит. по: Юнкер, Шерер, 1997, с. 208).

Например, у археоптерикса, как и у любого другого существа, отсутствуют переходные структуры между чешуями и перьями. Исследование отпечатков его перьев под электронным микроскопом показало, что это были типичные перья птиц (Тейлор, 1994, с. 42). Кроме того, существуют и другие анатомические данные, мешающие считать археоптерикса предком современных птиц По новой эволюционной гипотезе археоптериксы вместе с близкими к ним энанциорнисами отнесены «к боковой и тупиковой линии в эволюции птиц» (Фентон, Фентон, 1997, с. 470) — типичный случай для историй такого рода. В то же время наличие у этого существа мозаики признаков, как пресмыкающихся, так и птиц, вполне соответствует тому, что следовало бы ожидать, исходя из наших формальных схем — «матриц» (рис. 3). Археоптерикс естественно «конструируется» путем «перетасовки» материала «матриц» класса птиц и класса рептилий. Нового материала «матриц» при таком «конструировании» не требуется. В то же время, если бы мы захотели создать с помощью манипуляций с «матрицами» настоящую «промежуточную форму», то понадобился новый материал наших абстрактных схем, соответствующий тому, что находится посередине между признаками класса пресмыкающихся и класса птиц. Эта неудобоприемлемая возможность также изображена на рисунке 3. Как видим, то, что трудно создать с помощью наших формальных схем — отсутствует и в природе.

Аналогичным образом дело обстоит и с другими мозаичными формами, которым сторонники эволюционной гипотезы часто пытаются придать статус «промежуточных звеньев». Например, у ихтиостеги, по словам исследователя Рутте (Rutte), «можно различить 40% признаков рыб и 60% признаков амфибий» (цит. по: Юнкер, Шерер, 1997, с. 194). В то же время исследователь А. Мюллер (Muller) в своей книге «Lehrbuch der Palaozoologie» (1985) пишет об ихтиостегах следующее: «верхняя часть их черепа по своему строению настолько специфична, что они не могут рассматриваться ни как предшественники других земноводных, ни ящеров каменноугольного периода» (цит. по: Юнкер, Шерер, 1997, с. 195). С этим же явлением мы сталкиваемся и при поиске «звеньев» между рептилиями и млекопитающими. Здесь, по словам исследователей также «многократно встречаются формы с пестрой мозаикой “высокоразвитых” и “примитивных” признаков» (Юнкер, Шерер, 1997, с. 200).

Характерно, что некоторые мозаичные формы, сочетающие в своем строении признаки как пресмыкающихся, так и млекопитающих, живут и в настоящее время. Так, исследователи Кун-Шнайдер (Kuhn-Schnyder) и Рибер (Rieber) в совместной монографии “Palaozoologie” (1984) пишут о 9 признаках рептилий и 10 признаках млекопитающих у утконосов (Юнкер, Шерер, 1997, с. 201). По словам доктора Карла Виланда, утконос – это «странное маленькое существо, у которого мех – как у млекопитающего, клюв – как у утки, хвост – как у бобра, ядовитые железы – как у змеи, яйца он откладывает, подобно рептилии, хотя детенышей вскармливает грудью» (Виланд, 2000, с. 17 – 18). Доктор Виланд называет утконоса удачным примером «мозаики», но вовсе не «перепутьем» между любыми двумя из перечисленных созданий (там же, с. 18).

О том, что утконоса нельзя отнести к «промежуточным звеньям» между пресмыкающимися и млекопитающими, кроме всего прочего, свидетельствует и то, что утконос, находясь в воде, прекрасно регулирует температуру своего тела. Терморегуляция у него, как с удивлением отметили исследователи, «более эффективна, чем у некоторых плацентарных млекопитающих» (Гриффитс, 1988, с. 48), что явно противоречит статусу «промежуточного звена» между холоднокровными и теплокровными животными. Достаточно сказать, что утконос, находясь в воде при 00С, может в течение нескольких часов поддерживать характерную для его тела температуру за счет увеличения уровня метаболизма более чем в 3 раза, в то время как у некоторых плацентарных животных, также ведущих водный образ жизни, в аналогичных условиях температура тела понижается почти на десять градусов (там же, с. 48—49).