Science and Society
Столкновение цивилизаций в биологии
Эвелин Фокс Келлер
|
|
|
|
Летом прошлого года несколько десятков ученых - физиков собрались в городе Аспен, штат Колорадо, чтобы отпраздновать то, что журнал " Nature " назвал "растущим ощущением, что именно отношение их отрасли знаний сыграет решающую роль в том, какие плоды принесет постгеномная эпоха в биологии". Действительно, в условиях, когда генетика используется для совершенствования практически всего - от человеческого здоровья до сельскохозяйственной продукции - физики и математики во всем мире "вливаются" в биологические науки. Биология - это область, где будет развиваться научная деятельность, и куда будут вкладываться деньги в новом столетии.
Физики и математики не впервые обращают свои взоры на биологию в поисках новых невозделанных просторов для научной деятельности, однако история таких попыток выглядит довольно печально. Биология и физика преследуют разные цели, придерживаются разных традиций и пытаются найти ответы на разные вопросы.
Мое первое знакомство с этими дисциплинарными различиями состоялось много лет назад, когда я вела курс использования математических методов в биологии. Рассматривая биологическую задачу с 11 переменными, я использовала простой метод, называемый анализом размерностей, чтобы показать, что только три из них требовали исследования опытным путем, в то время как отношения между остальными переменными можно было определить логически. "Но вы не проводили эксперименты, - жаловались студенты, - откуда же вы знаете, что это так?"
С тех пор я часто задумывалась над этим вопросом. Специализируясь в теоретической физике, я привыкла доверять только математическим и логическим аргументам и считать, что экспериментальные данные часто бывают ошибочными. Однако для многих, можно даже сказать, для большинства биологов экспериментальные данные, какими бы неточными они ни были, все же представляют более верный путь к истине. Где в чисто дедуктивных рассуждениях и доказательствах есть место для сюрпризов, которые преподносит нам природа, для механизмов совершенно непохожих на те, что представлялись нам в наших первоначальных предположениях?
Ученые-мыслители традиционно подходили к вопросам, относящимся к области знаний, объяснений и теорий, как если бы на них можно было дать универсальный ответ. Однако отсутствие взаимопонимания между представителями экспериментальной и математической биологии говорит о том, что ответы часто зависят от культуры, характерной для конкретной научной дисциплины.
Рассмотрим закончившуюся неудачей междисциплинарную работу Николая Рашевского - русского физика-теоретика, эмигрировавшего в США в 1924 году. Рашевский задался вопросом, может ли в основе деления биологических клеток лежать тот же механизм, что и в основе возникновения нестабильности в капельках жидкости. Вскоре после этого он начал разработку "систематической математической биологии, сходной по своей структуре и целям с математической физикой". К 1940 году он опубликовал свое выдающееся произведение "Математическая биофизика", учредил одноименную программу в Чикагском университете и начал выпуск "Бюллетеня математической биофизики".
Однако к 1954 году Рашевский лишился грантов и бюджета, и на сегодняшний день мало что осталось от его научной работы. Основная критика в адрес Рашевского заключалась в том, что ему не удалось подключить к своей работе практикующих биологов. Но еще на ранней стадии Рашевский сделал, по крайней мере, одну попытку заинтересовать биологов своей работой. В 1934 году он представил "физико-математический" анализ сил, действующих на идеализированную сферическую клетку - модель, по его мнению, достаточную для того, чтобы объяснить клеточное деление.
На возражение биологов, что не все клетки являются сферическими, Рашевский ответил, что на начальных порах теорию надо применять к простейшим случаям. Последнее слово в этом споре осталось за Э. Уилсоном - признанным гигантом клеточной биологии - сделавшим в последовавшей за презентацией Рашевского небольшой статье заключение, что математика может быть полезной при изучении роста популяций, но не индивидуумов. Коллега Уилсона Эрик Пондер выразился еще более язвительно, заявив, что биология требует "больше измерений и меньше теории".
Однако к началу 1950-х годов биологи все еще не могли объяснить, как из поколения в поколение организм воспроизводит характерную для него форму. В 1952 году Алан Тюринг, известный по своей работе в области искусственного интеллекта, предложил математическую модель, состоящую из пары уравнений, описывающих реакцию и диффузию двух воображаемых химических веществ. Эта модель, по его собственному признанию, была "упрощенной и идеализированной", и предназначалась для выявления "важнейших характеристик" развития эмбриона. Он подчеркнул, что описанные им реакции не имеют никакого сходства с происходящими в природе, и смысл их заключается в том, чтобы "облегчить понимание аргумента".
В данном случае работа Тюринга являлась лишь пародией на математическую физику. Как и Рашевский, он основывался на общем убеждении физиков и математиков, что воображаемая конструкция, никак не претендующая на соответствие действительности, тем не менее, может указать на "важнейшие характеристики" и, следовательно, выполнять полезную объяснительную функцию.
Однако в экспериментальной биологии стараются найти ответ на вопрос совершенно другого рода: здесь спрашивают, не "может ли" рост организма происходить так, как предполагает воображаемая модель, а "происходит ли" он таким образом. С этой точки зрения модель Тюринга была поистине разочаровывающей. За последние 20 лет специалисты по молекулярной биологии обнаружили, что последовательная активация иерархии генов - никак не отраженная в модели Тюринга - определяет конечную структуру и форму организма. В общих чертах это можно выразить следующим образом: лучшие объяснения того, как биологические системы решают определенные проблемы, приходятся на долю экспериментальной генетики, а не математики или логики.
Тем не менее, физикам и математикам есть, что праздновать. С 1983 года финансирование математических и вычислительных исследований со стороны Подразделения биологии Национального научного фонда США увеличилось почти в 50 раз.
К чести многих новых программ в области математической биологии следует отметить, что они поощряют исследователей, имевших ранее дело с математическими науками, самим переквалифицироваться в практикующие биологи. Тем временем удобные для пользователя компьютерные программы дают возможность биологам создавать свои собственные математические и теоретические модели.
В результате может получиться новая дисциплинарная культура, которая преобразует цели, методы и эпистемологическую основу исследования. Модели в теоретической биологии будут выражаться не несколькими простыми уравнениями, а комплексом алгоритмов, статистического анализа и моделирования. И, всегда признавая возможность исключений, они будут стремиться к "общим утверждениям", а не к "законам", оставляя, таким образом, место для неожиданных особенностей биологической структуры. Биология - это не физика, и игнорировать ее эволюционную историю - значит проявлять непоследовательность.
Эвелин Фокс Келлер - профессор истории и философии наук Массачусетского Института Технологий. Ее последними книгами являются "В поисках смысла жизни: объяснение биологического развития при помощи моделей, метафор и машин" и "Век гена" издательства Harvard University Press.
Авторское право: Project Syndicate, апрель 2003. Перевод с английского: Евгения Унанянц
You might also like to read more from Эвелин Фокс Келлер or return to our home page.
|
|
