Как устроено объяснение в биологии
Стивен Роуз, профессор биологии и нейробиологии в Открытом университете и Лондонском университете, автор нескольких научно-популярных книг (на русский язык переведена книга «Устройство памяти. От молекул к сознанию»).
Ниже перевод небольшого фрагмента из книги, не выходившей в России.
Однажды пятеро биологов, собравшиеся на пикник возле пруда, заметили, как лягушка, которая сидела на берегу, внезапно прыгнула в воду. Между ними развернулась дискуссия: почему лягушка прыгнула? Первый, будучи физиологом, сказал: «В действительности все довольно очевидно. Лягушка прыгает, потому что мышцы в ее ногах сокращаются. Те, в свою очередь, сокращаются под воздействием импульсов в двигательных нервах, приходящих в мышцы из мозга лягушки; эти импульсы возникают в мозге, потому что предыдущие импульсы, поступившие в мозг из сетчатки лягушки, сигнализируют о присутствии хищной змеи». Здесь представлена простая каузальная цепь: вначале образ змеи на сетчатке, затем сигналы в мозг, затем импульсы по нервам из мозга, затем сокращение мышц - одно событие следует за другим, все в пределах нескольких тысячных долей секунды. Исследование деталей таких причинно-следственных последовательностей и является задачей физиологии.
«Но это очень ограниченное объяснение», - говорит второй, этолог, изучающий поведение животных. "Физиолог упустил главное, и рассказал нам, как лягушка прыгнула, но не то, почему она прыгнула. Реальная причина прыжка в том, что она увидела змею и совершила действие, чтобы скрыться от нее. Сокращение мышц лягушки является лишь одним из аспектов сложного процесса, и должно пониматься в терминах целей этого процесса - в данном случае, не быть съеденной. Конечная цель избежать змеи имеет ключевое значение для понимания ее действий.
Такие целеориентированные объяснения, которые известны как телеологические, создали для философов проблем больше, чем что-либо еще в биологии; они иногда рассматриваются как дурной тон, и в то же время несут больше здравого смысла, чем большинство других объяснений. Они настаивают на том, что организм, как совокупность поведения или физиологии, может быть понят только в контексте окружающей среды, которая включает как его физическое окружение, так и других живых, социально взаимодействующих соседей. (Действительно, если организм является представителем очень своеобразного вида, Homo Sapiens, то возникают дополнительные сложности, связанные с личной и коллективной историей.) Это тип объяснения "сверху вниз" (его иногда называют holistic, опасно неоднозначным словом, которого я буду избегать). Но обратите внимание, что, в отличие от объяснений физиолога, оно не каузально в смысле описания временной цепи событий, в которых первая вещь, нервное возбуждение, и затем другая, сокращения мышц, следуют одно за другим во времени. Прыжок неизбежно предшествует достижению цели, к которой он направлен. Таким образом, когда бихевиористы - этологи - говорят о причинах, они делают это совершенно иначе, чем физиологи.
«Ни физиолог, ни этолог не дали адекватного объяснения», - говорит третий биолог, изучающий развитие. "Для эмбриолога единственной причиной того, что лягушка вообще может прыгать, является то, что в процессе ее развития из одной оплодотворенной яйцеклетки через стадию головастика до взрослого животного, ее нервы, мозг и мышцы установили связи таким образом, что данные последовательности активности неизбежны - или, по крайней мере, наиболее вероятны для любого набора начальных условий".
Процесс установления связей является аспектом онтогенеза, развития организма от зачатия до взрослого состояния, и рассматривается в рамках генетики и биологии развития. В отличие от первых двух объяснений, онтогенетический подход привносит в объяснение исторический элемент: индивидуальная история лягушки становится ключом к пониманию ее нынешнего поведения. Онтогенез часто рассматривается как диалог - даже дихотомия - между природой (генетика) и воспитанием (окружающая среда). Были даже попытки математически формализовать это разделение, и задаться вопросом, сколько составляет вклад генов и сколько - окружающей среды. Как будет ясно в следующих главах, это ложная дихотомия, и я постараюсь преодолеть ее.
«Ни одно из этих трех объяснений не является удовлетворительным", - считает четвертый биолог, эволюционист. "Лягушка прыгает потому, что на протяжении эволюционной истории для ее предков такое поведение, делать это при виде змеи, было адаптивным. Те предки, которые так не поступали, оказывались съедены, и, следовательно, их потомство не прошло отбор». Этот тип объяснения представляет проблему определения того, что понимать под терминами "адаптивный" и "прошедший отбор". Проблемы, которые были подняты наиболее резко в полемических дебатах по социобиологии, и которые я буду рассматривать весьма критически в последующих главах. Можно провести различие между эмбриологом и эволюционистом, относя первого, подобно физиологу, к рассмотрению вопроса как, а другого, вместе с этологом, к задающим вопрос почему. Эволюционное объяснение сочетает в себе историческое - правда, в настоящее время в отношении, скорее, целого вида, а не одного конкретного организма - с целенаправленным. Возможно поэтому некоторые социобиологи утверждают, что в этом объяснении раскрывается фундаментальный причинный вопрос, и отметают другие соображения о причинах как просто "функциональные".
Пятый спорщик, молекулярный биолог, улыбается. «Вы все не улавливаете сути. Лягушка прыгает, потому что таковы биохимические свойства ее мышц. Мышцы состоят в основном из двух нитевидных белков, называемых актин и миозин, и они сокращаются, потому что белковые волокна двигаются относительно друг друга. Такое поведение актина и миозина зависит от аминокислотного состава двух белков, и, следовательно, от химических свойств, и, следовательно, от физических свойств". Это редукционистская программа, и то, каким образом биохимики пытаются описать живые явления.
Но еще раз отметим, что это не причинно-следственная цепь в том смысле, в котором ее описывает физиолог. Это не вопрос того, что происходит сначала (актин и миозин скользят друг по другу), и что происходит потом (мышечное сокращение). Если слово "причина" вообще здесь используется, оно должно означать нечто отличное от того, как оно применяется в физиологии. Путаница относительно нескольких способов использования «причины» терзала научное мышление со времен Аристотеля. Возможно, мы бы видели вещи более ясно, если бы ограничились использованием этого слова для обозначения временной последовательности событий. Каждое из этих событий - изображение на сетчатке лягушки, обработка в мозге, передача сигнала по двигательному нерву и сокращение мышц - может быть переведено на язык биохимии. И, конечно, возможно представить эту биохимическую последовательность во временных терминах, так что одно множество биохимических процессов (молекулярных событий в нервной ткани), производит другое (скольжение актина относительно миозина). Вопрос таким образом в том, как соотносятся две временные последовательности, описанные физиологом и биохимиком. В последующих главах я объясню, почему я использую термин "перевод" для обозначения того, как описание явления мышечного сокращения на языке (и на уровне) физиологии может быть заменено рядом предполагаемых утверждений на языке биохимии, химии и так далее.
Биологам нужны все эти пять типов объяснения - и, возможно, еще другие. Не существует одного правильного; все зависит от наших целей, с которыми мы задаем вопрос о прыжках лягушки. В самом деле, оказывается, что "все зависит" является одной из основных черт как жизненных процессов, так и попыток биологов объяснить их. Причина постановки вопроса определит наиболее полезный тип ответа. Это в природе биологического мышления, что все виды ответа являются - или должны быть - частью того, как мы пытаемся понять мир. Биология нуждается в такого рода эпистемологическом плюрализме - дабы облагородить наш нечеткий способ мышления более формальной философской санкцией. Сосредоточение на любом подмножестве объяснений откроет только часть истории; чтобы попытаться понять полностью даже простейшие живые процессы, нам следует работать со всеми пятью типами одновременно. Тем не менее, характер, в котором развивались биологические науки, показывает, что чрезмерное почтение уделяется больше редукционистскому типу объяснения, как если бы он был в некотором роде более фундаментальным, более "по-настоящему" научным, или как если бы в будущем он сделает другие типы объяснений излишними. Биохимиков и молекулярных биологов, да и грантодателей, которые поддерживают наши исследования - правительство, промышленность, благотворительные организации - учат думать и рассуждать таким образом. Это стало не второй, а первой нашей натурой.
* * *
Это отрывок из замечательной книги С.Роуза "Lifelines: Biology Beyond Determinism" [Oxford University Press, 1997]. Я бы искренне рекомендовал ее тем, кому интересно устройство биологического мышления и подхода к познанию в биологии. Во многом становится ясно, почему редукционизм не рулит и никогда не будет рулить в биологии так, как в физике. Тем, кто очарован Докинзом, также весьма полезно будет с книгой ознакомиться.
Собственно, пост о том, что ее можно свободно скачать.
Последнее обновление списка книг на моем сайте выглядит так:
"Rhythms of the Brain" by Gyorgy Buzsaki [Oxford University Press, 2006]
The Future of the Brain: The Promise and Perils of Tomorrow's Neuroscience" by Steven Rose [Oxford University Press, 2005]
"Lifelines: Biology Beyond Determinism" by Steven Rose [Oxford University Press, 1997]
"Acquiring Genomes: A Theory of the Origins of Species" by Lynn Margulis, Dorion Sagan [Basic Books, 2002]
"Metamagical Themas: Questing For The Essence Of Mind And Pattern" by Douglas Hofstadter [Basic Books, 1996]
Ниже перевод небольшого фрагмента из книги, не выходившей в России.
Однажды пятеро биологов, собравшиеся на пикник возле пруда, заметили, как лягушка, которая сидела на берегу, внезапно прыгнула в воду. Между ними развернулась дискуссия: почему лягушка прыгнула? Первый, будучи физиологом, сказал: «В действительности все довольно очевидно. Лягушка прыгает, потому что мышцы в ее ногах сокращаются. Те, в свою очередь, сокращаются под воздействием импульсов в двигательных нервах, приходящих в мышцы из мозга лягушки; эти импульсы возникают в мозге, потому что предыдущие импульсы, поступившие в мозг из сетчатки лягушки, сигнализируют о присутствии хищной змеи». Здесь представлена простая каузальная цепь: вначале образ змеи на сетчатке, затем сигналы в мозг, затем импульсы по нервам из мозга, затем сокращение мышц - одно событие следует за другим, все в пределах нескольких тысячных долей секунды. Исследование деталей таких причинно-следственных последовательностей и является задачей физиологии.
«Но это очень ограниченное объяснение», - говорит второй, этолог, изучающий поведение животных. "Физиолог упустил главное, и рассказал нам, как лягушка прыгнула, но не то, почему она прыгнула. Реальная причина прыжка в том, что она увидела змею и совершила действие, чтобы скрыться от нее. Сокращение мышц лягушки является лишь одним из аспектов сложного процесса, и должно пониматься в терминах целей этого процесса - в данном случае, не быть съеденной. Конечная цель избежать змеи имеет ключевое значение для понимания ее действий.
Такие целеориентированные объяснения, которые известны как телеологические, создали для философов проблем больше, чем что-либо еще в биологии; они иногда рассматриваются как дурной тон, и в то же время несут больше здравого смысла, чем большинство других объяснений. Они настаивают на том, что организм, как совокупность поведения или физиологии, может быть понят только в контексте окружающей среды, которая включает как его физическое окружение, так и других живых, социально взаимодействующих соседей. (Действительно, если организм является представителем очень своеобразного вида, Homo Sapiens, то возникают дополнительные сложности, связанные с личной и коллективной историей.) Это тип объяснения "сверху вниз" (его иногда называют holistic, опасно неоднозначным словом, которого я буду избегать). Но обратите внимание, что, в отличие от объяснений физиолога, оно не каузально в смысле описания временной цепи событий, в которых первая вещь, нервное возбуждение, и затем другая, сокращения мышц, следуют одно за другим во времени. Прыжок неизбежно предшествует достижению цели, к которой он направлен. Таким образом, когда бихевиористы - этологи - говорят о причинах, они делают это совершенно иначе, чем физиологи.
«Ни физиолог, ни этолог не дали адекватного объяснения», - говорит третий биолог, изучающий развитие. "Для эмбриолога единственной причиной того, что лягушка вообще может прыгать, является то, что в процессе ее развития из одной оплодотворенной яйцеклетки через стадию головастика до взрослого животного, ее нервы, мозг и мышцы установили связи таким образом, что данные последовательности активности неизбежны - или, по крайней мере, наиболее вероятны для любого набора начальных условий".
Процесс установления связей является аспектом онтогенеза, развития организма от зачатия до взрослого состояния, и рассматривается в рамках генетики и биологии развития. В отличие от первых двух объяснений, онтогенетический подход привносит в объяснение исторический элемент: индивидуальная история лягушки становится ключом к пониманию ее нынешнего поведения. Онтогенез часто рассматривается как диалог - даже дихотомия - между природой (генетика) и воспитанием (окружающая среда). Были даже попытки математически формализовать это разделение, и задаться вопросом, сколько составляет вклад генов и сколько - окружающей среды. Как будет ясно в следующих главах, это ложная дихотомия, и я постараюсь преодолеть ее.
«Ни одно из этих трех объяснений не является удовлетворительным", - считает четвертый биолог, эволюционист. "Лягушка прыгает потому, что на протяжении эволюционной истории для ее предков такое поведение, делать это при виде змеи, было адаптивным. Те предки, которые так не поступали, оказывались съедены, и, следовательно, их потомство не прошло отбор». Этот тип объяснения представляет проблему определения того, что понимать под терминами "адаптивный" и "прошедший отбор". Проблемы, которые были подняты наиболее резко в полемических дебатах по социобиологии, и которые я буду рассматривать весьма критически в последующих главах. Можно провести различие между эмбриологом и эволюционистом, относя первого, подобно физиологу, к рассмотрению вопроса как, а другого, вместе с этологом, к задающим вопрос почему. Эволюционное объяснение сочетает в себе историческое - правда, в настоящее время в отношении, скорее, целого вида, а не одного конкретного организма - с целенаправленным. Возможно поэтому некоторые социобиологи утверждают, что в этом объяснении раскрывается фундаментальный причинный вопрос, и отметают другие соображения о причинах как просто "функциональные".
Пятый спорщик, молекулярный биолог, улыбается. «Вы все не улавливаете сути. Лягушка прыгает, потому что таковы биохимические свойства ее мышц. Мышцы состоят в основном из двух нитевидных белков, называемых актин и миозин, и они сокращаются, потому что белковые волокна двигаются относительно друг друга. Такое поведение актина и миозина зависит от аминокислотного состава двух белков, и, следовательно, от химических свойств, и, следовательно, от физических свойств". Это редукционистская программа, и то, каким образом биохимики пытаются описать живые явления.
Но еще раз отметим, что это не причинно-следственная цепь в том смысле, в котором ее описывает физиолог. Это не вопрос того, что происходит сначала (актин и миозин скользят друг по другу), и что происходит потом (мышечное сокращение). Если слово "причина" вообще здесь используется, оно должно означать нечто отличное от того, как оно применяется в физиологии. Путаница относительно нескольких способов использования «причины» терзала научное мышление со времен Аристотеля. Возможно, мы бы видели вещи более ясно, если бы ограничились использованием этого слова для обозначения временной последовательности событий. Каждое из этих событий - изображение на сетчатке лягушки, обработка в мозге, передача сигнала по двигательному нерву и сокращение мышц - может быть переведено на язык биохимии. И, конечно, возможно представить эту биохимическую последовательность во временных терминах, так что одно множество биохимических процессов (молекулярных событий в нервной ткани), производит другое (скольжение актина относительно миозина). Вопрос таким образом в том, как соотносятся две временные последовательности, описанные физиологом и биохимиком. В последующих главах я объясню, почему я использую термин "перевод" для обозначения того, как описание явления мышечного сокращения на языке (и на уровне) физиологии может быть заменено рядом предполагаемых утверждений на языке биохимии, химии и так далее.
Биологам нужны все эти пять типов объяснения - и, возможно, еще другие. Не существует одного правильного; все зависит от наших целей, с которыми мы задаем вопрос о прыжках лягушки. В самом деле, оказывается, что "все зависит" является одной из основных черт как жизненных процессов, так и попыток биологов объяснить их. Причина постановки вопроса определит наиболее полезный тип ответа. Это в природе биологического мышления, что все виды ответа являются - или должны быть - частью того, как мы пытаемся понять мир. Биология нуждается в такого рода эпистемологическом плюрализме - дабы облагородить наш нечеткий способ мышления более формальной философской санкцией. Сосредоточение на любом подмножестве объяснений откроет только часть истории; чтобы попытаться понять полностью даже простейшие живые процессы, нам следует работать со всеми пятью типами одновременно. Тем не менее, характер, в котором развивались биологические науки, показывает, что чрезмерное почтение уделяется больше редукционистскому типу объяснения, как если бы он был в некотором роде более фундаментальным, более "по-настоящему" научным, или как если бы в будущем он сделает другие типы объяснений излишними. Биохимиков и молекулярных биологов, да и грантодателей, которые поддерживают наши исследования - правительство, промышленность, благотворительные организации - учат думать и рассуждать таким образом. Это стало не второй, а первой нашей натурой.
* * *
Это отрывок из замечательной книги С.Роуза "Lifelines: Biology Beyond Determinism" [Oxford University Press, 1997]. Я бы искренне рекомендовал ее тем, кому интересно устройство биологического мышления и подхода к познанию в биологии. Во многом становится ясно, почему редукционизм не рулит и никогда не будет рулить в биологии так, как в физике. Тем, кто очарован Докинзом, также весьма полезно будет с книгой ознакомиться.
Собственно, пост о том, что ее можно свободно скачать.
Последнее обновление списка книг на моем сайте выглядит так:
"Rhythms of the Brain" by Gyorgy Buzsaki [Oxford University Press, 2006]
The Future of the Brain: The Promise and Perils of Tomorrow's Neuroscience" by Steven Rose [Oxford University Press, 2005]
"Lifelines: Biology Beyond Determinism" by Steven Rose [Oxford University Press, 1997]
"Acquiring Genomes: A Theory of the Origins of Species" by Lynn Margulis, Dorion Sagan [Basic Books, 2002]
"Metamagical Themas: Questing For The Essence Of Mind And Pattern" by Douglas Hofstadter [Basic Books, 1996]