Что изучают биологи: организмы или механизмы? Ответа на этот вопрос просто не существует. Ниже коротко описано содержание статьи с не слишком оптимистическим названием Поиск принципов теории организмов.
Обратите внимание, что статья вышла в конце прошлого года (2015 год). Это наглядно показывает, что современная биология просто не знает, что такое организм. Название же статьи подчеркивает, что шансы на получение такого знания возможно есть, но путь к нему еще не близок.
Статья состоит из шести разделов, причем статья начинается с цитаты, приписываемой Эйнштейну:
«Что можно, а что нельзя наблюдать, зависит от теории, которую вы используете. Именно теория решает, что можно наблюдать.»
1. Мотивация
Говорится, что биология переживает кризис. С одной стороны, данные, собираемые с перспективы редукционизма, не приводят к пониманию. С другой, опора на математическое моделирование также не помогает.
Пятьдесят лет назад биология заимствовала понятия программы, информации и сигнала. Это позволило совместить телеологические понятия, спрятанные в понятие программы, с редукционизмом. По мнению автором однако именно это обстоятельство препятствует прогрессу в биологии.
Текущая практика проведения исследования способствует чувству, что невозможно понять биологическое разнообразие и что обобщения и глобальные концепции ничему не помогают. Таким образом, теоретический базис, лежащий в основе экспериментальных исследований в биологии, остается неявным.
2. Роль теорий
Физические теории 16-ого и 17-ого века дают аккуратное описание неживого. Теории определяют наблюдаемое и, соответственно, выбор того, что должно включаться в теории составлял, составляет главные теоретические предпочтения (major theoretical commitment).
Рассматривается соотношение между физикой и биологией. Говорится, что организмы не могут нарушать законы физики (законы неживого), но с другой стороны законов физики может быть недостаточно для описания организма. Не исключается возможность того, что изучение организмов приведет к созданию нового физического принципа.
В биологии теория эволюции Дарвина является единственной успешной глобальной теорией:
- Наследование с изменением;
- Естественный отбор.
Однако биологии еще предстоит создать теорию организма, которая включит онтогенез и жизненный цикл.
Термодинамика диссипативных систем дала возможность изучить самоорганизацию в физических системах и применить ее к проблеме возникновения жизни. Однако эти попытки тормозились неудачными метафорами из теории информации.
3. От физики к биологии
Это большой раздел, состоящий из пяти подразделов, в котором обсуждение построено вокруг таблицы 1, в которой авторы подчеркивают разницу между:
- Линейная, равновесная физика;
- Классическая термодинамика;
- Состояния, далекие от равновесия, самоорганизация;
- Биологический мир.
Авторы статьи опираются на понятие «исходное состояние» (default state). Под ним понимается состояние физической системы, когда на нее не действуют внешние силы. Рассматривают симметрии, которые приводят к законам сохранения.
Далее рассматривается возникаемость (emergence) в физике и биологии. Возникаемость связывается с нарушением симметрий.
«Возникаемость — это появление новой наблюдаемой величины, которая не может быть выведена из исходной теории.»
Должен сказать, что как обычно, разговор про возникаемость не производит особого впечатления, остается непонятным, что возникает и каким образом.
Следующим шагом является рассмотрение критических явлений (например критическое состояние газа) и введение расширенных критических переходов (extended critical transitions). Должен сказать, что меня всегда восхищает способность биологов взять термин из физики и немедленно начать его использование для живых объектов. Я лично не вижу никаких оснований для такого перехода. Какая связь, например, между моделью Изинга и изменениями вдоль филогенетической траектории?
В заключение рассматриваются системы, далекие от равновесия, и проводится отличие таковых систем от организмов. Системы, далекие от равновесия, полностью определяются потоками и граничными условиями, у них отсутствует история. Организм же использует потоки, но не определяется потоками. Отмечается историчность организма.
Цель авторов статьи — использовать расширенный критический переход как исходное состояние организма. На этом пути они надеются найти внутренний источник изменений, который необходим для теории эволюции.
4. Основы теории организмов
Это большой раздел, состоящий из четырех подразделов и он представляет собой центральную часть статьи. В качестве основы теории организмов предполагается использовать два принципа:
- Исходное состояние клеток означает распространение с изменениями плюс подвижность;
- Принцип неидентичных итераций морфогенетического процесса.
Автора статьи отталкиваются от исходного состояния объекта в физике, за который они выбирают принцип инерциального движения Галилея. На этой основе они формулируют исходное состояние клетки, которое неотрывно связана с понятием агента. К понятию агента приводит понятие подвижность (motility) — клетка движется сама по себе. На этом пути внешние силы, например сила гравитации, из причины превращаются в ограничения. Клетки не могут нарушить внешние ограничения, но тем менее, клетки живут своей внутренней жизнью.
В статье далее говорится о автопоэзисе (autopoiesis) и его роли в организме. В заключение обсуждаются сложность и организация.
5. Значимость для биологических исследований
В этом разделе авторы статьи перечисляют преимущества использования сформулированных в разделе 4 принципов теории организма:
- Альтернативные объяснения по сравнению с механистическом подходом, в котором понятия информация и программа используются как метафоры;
- Подход к объяснениям и моделированию в биологии на основе устойчивых (robust) биологических принципов;
- Построение математических моделей на основе разумных биологических предположений;
- Альтернатива понятиям программы, информации, сигнала, например, биологическая изменчивость не является информационным шумом.
6. Заключение
‘Исследования в биологии организма проводятся без наличия общей теории. Вместо этого, концептуальная картина основана на мотивах математической теории информации и операциональных определениях. Такое использование понятий привело к появлению многих противоречий и сдерживает прогресс. Несмотря на несколько успешных результатов, применение физических принципов без надлежащего анализа отличий между физическими и биологическими условиями также способствовало текущему кризису. Наш анализ отличий между физикой в живой и неживой материи обеспечивает хорошую перспективу для создания столь необходимой теории организма и в то же время дает основополагающие принципы для проведения экспериментов и построения математических моделей.’
Информация
Giuseppe Longo, Maël Montévil, Carlos Sonnenschein, Ana M Soto, In search of principles for a Theory of Organisms, Journal of Biosciences, December 2015, Volume 40, Issue 5, pp 955-968.
См. также: Джузеппе Лонго. Последствия философии
Перевод на русский: Giuseppe Longo, The Consequences of Philosophy
https://www.facebook.com/notes/743387399852995/
‘Только в XIX веке в словаре наук стал господствовать термин «закон» – проекция на природу божественного закона и, согласно некоторым, закона, проистекающего из абсолютных монархий.’
‘Именно в биологии миф исчислимых, алфавитно-числовых данных произвел наибольшие искажения на протяжении ХХ века, превратив ДНК в «программу», отдельную от клеточной материальности и редуцируя организмы к простым «аватарам» генетической информации.’
‘Адекватная теоретизация биологического поля, таким образом, требует расширений и пересечения различных физических теорий – она требует, чтобы мы мыслили сосуществование случайных классических и квантовых феноменов в клетке.’