?

Log in

No account? Create an account
 
 
21 Январь 2018 @ 19:11
Что может объяснить Дарвин и не могут другие теории эволюции...  
Ещё человек и наука

Как работает мозг
Отрывок из книги «Как работает мозг» популяризатора науки Стивена Пинкера о споре Ламарка и Дарвина, происхождении глаза и современном понимании теории эволюции / Главы

Совместно с издательством «Кучково Поле» мы публикуем отрывок из книги психолога, лингвиста и специалиста по когнитивной науке Стивена Пинкера «Как работает мозг», посвященной работе мозга с точки зрения различных наук. ©

Ещё Дарвин и эволюция


___

Стивен Пинкер — Johnstone Family Professor in the Department of Psychology at Harvard University.

Один биолог-эволюционист все же взял на себя смелость сделать прогноз относительно внеземных цивилизаций — но не для того, чтобы помочь нам найти жизнь на других планетах, а для того, чтобы помочь нам понять жизнь на нашей планете. Ричард Докинз предположил, что жизнь, где бы она ни была обнаружена во Вселенной, будет результатом дарвиновского естественного отбора. Может показаться, что это самый надуманный прогноз, когда-либо сделанный диванным критиком, однако на самом деле это прямое следствие из аргумента в пользу теории естественного отбора. Естественный отбор — единственное доступное нам объяснение тому, до какого уровня сложности может развиться жизнь, не учитывающее вопрос о том, как она развивалась на деле. Если Докинз прав (а я думаю, что он прав), естественный отбор необходим для того, чтобы понять человеческое мышление. Если это единственное объяснение эволюции маленьких зеленых человечков, то наверняка это единственное объяснение и эволюции больших коричневых человечков.

Теория естественного отбора — как и другая основа этой книги, вычислительная теория сознания — занимает странное положение в современной интеллектуальной жизни. В своей области она неотъемлема, она позволяет объяснить тысячи открытий в рамках логически связанной концепции и постоянно вдохновляет ученых на новые открытия. Однако вне этой области ее постоянно неправильно интерпретируют и поливают грязью. Как и в главе 2, я намерен детально разъяснить аргументацию в пользу этой фундаментальной идеи: как она объясняет важнейшую тайну, которую неспособны объяснить альтернативные ей теории, как она получила подтверждение в лабораторных и полевых условиях, и почему некоторые из самых известных аргументов, опровергающих ее, являются неправильными[1].

Естественный отбор занимает в науке особое место, потому что только он способен объяснить, что такого особенного в жизни. Жизнь завораживает нас своей адаптивной сложностью или сложной конструкцией. Живые существа — не просто красивые безделушки, они могут делать удивительные вещи. Они летают, плавают, видят, переваривают пищу, ловят добычу, производят мед, шелк, бумагу или яд. Это исключительные способности, которые не по силам лужам, камням, облакам и другим неживым объектам. Мы бы назвали кучку внеземной материи «жизнью», даже если бы она могла делать хоть что-то подобное.

Для исключительных способностей нужно особое строение. Животные могут видеть, а камни не могут, потому что у животных есть глаза, и глаза особым образом сделаны из необычных материалов, способных формировать изображение: роговица фокусирует свет; хрусталик регулирует фокус соответственно глубине предмета; зрачок в радужной оболочке сужается и расширяется, чтобы пропустить нужное количество света; шарик из прозрачного вещества, поддерживающий форму глаза; сетчатка в фокальной плоскости линзы; мышцы, которые направляют глаза вверх и вниз, влево и вправо, внутрь и наружу; колбочки и палочки, которые преобразуют свет в нервные сигналы — это и многое другое, и все тщательно продумано и упорядочено. Как же ничтожно мала вероятность того, что подобное строение глаза могло сформироваться из сырого материала под воздействием торнадо, грязевого потока, водопада или удара молнии, который в нашем философском мысленном эксперименте испарил болотную жижу!

Глаз состоит из столь многих элементов, организованных в столь тщательно продуманную систему, что становится очевидно, что он был сконструирован с определенной целью — получить устройство, способное видеть. То же самое можно сказать и о других наших органах. Наши суставы снабжены смазкой, чтобы двигаться плавно; наши зубы смыкаются, чтобы откусывать и размалывать пищу; наше сердце перекачивает кровь — кажется, каждый орган был специально сконструирован для выполнения определенной функции. Одна из причин, по которой люди придумали Бога, состоит в том, что им нужен был разум, который бы строил и исполнял планы нашего существования. Все законы мира движут его вперед, а не назад: дождь пропитывает влагой землю, а не преимущества земли от намокания вызывают дождь. Чем еще, если не Божественным замыслом, может объясняться телеология (целенаправленность) жизни на Земле?

Дарвин показал, чем еще она может объясняться. Он указал на физический процесс прямой каузальности (причинности), противопоставленный парадоксальному процессу ретроактивной каузальности, или телеологии. Этот процесс — репликация. Репликатор — это нечто, что может создавать копию самого себя. Причем всего его черты в копии воспроизводятся, включая способность к репликации. Рассмотрим две ситуации, А и B. B не может каузировать A, если A имело место раньше. (Способность хорошо видеть не может привести к тому, чтобы у глаза был прозрачный хрусталик.)


___

Но допустим, что А каузирует B, а B в свою очередь заставляет протагониста (субъекта) A сделать копию самого себя — назовем ее AA. AA выглядит в точности как A, поэтому кажется, что ситуация B каузировала A. Тем не менее это не так; она всего лишь каузировала появление AA, копии A.

Предположим, у нас есть трое животных, у двоих из которых хрусталик мутный, а у одного — прозрачный. Обладание прозрачным хрусталиком (A) каузирует способность глаза хорошо видеть (B); способность хорошо видеть каузирует способность животного размножаться, помогая ему избежать хищников и находить партнеров. Потомство (AA) тоже имеет прозрачные хрусталики и хорошо видит. Выглядит это так, словно у потомства появились глаза для того, чтобы оно могло хорошо видеть («плохая», телеологическая, ретроактивная причинность), но это иллюзия. У потомства есть глаза, потому что у их родителей глаза видели хорошо («хорошая», обычная, прогрессивная каузация). Глаза потомков выглядят так же, как глаза родителей, поэтому несложно сделать ошибку, назвав случившееся ретроактивной каузацией.


___

Глаз — это нечто большее, чем просто прозрачный хрусталик, но особая сила репликатора состоит в том, что его копии тоже способны реплицировать себя. Посмотрим, что произойдет, если появится потомство у дочери нашего гипотетического животного с прозрачным хрусталиком. У некоторых ее детенышей глазные яблоки будут более округлыми, чем у других, и «круглоглазые» будут видеть лучше, потому что изображение фокусируется от центра к краям. Улучшенное зрение ведет к улучшению репродуктивной способности, и у следующего поколения детенышей будут прозрачные хрусталики и круглые глазные яблоки. Они, в свою очередь, тоже являются репликаторами, и у тех их детенышей, которые будут лучше видеть, наиболее вероятно будет потомство с острым зрением, и т. д. В каждом поколении те особенности, которые способствуют лучшему зрению, непропорционально передаются следующему поколению. Именно поэтому последнее поколение репликаторов будет обладать чертами, которые будут производить впечатление намеренно спроектированных разумным инженером (см. рис. ниже).


___

Я представил теорию Дарвина несколько нетрадиционным образом, который позволяет особо подчеркнуть ее чрезвычайный вклад в науку: способность объяснить появление проекта без проектировщика, с помощью обычной прямой причинности, действующей в отношении репликаторов.

А вообще все было так. Вначале был репликатор. Эта молекула или кристалл получилась не в результате естественного отбора, а под действием законов физики и химии. (Если бы она была продуктом отбора, мы бы получили бесконечную регрессию.) Репликаторы склонны размножаться, и если бы хоть один из них начал размножаться бесконтрольно, Вселенная наполнилась бы его пра-пра-пра-пра-...-пракопиями. Однако для того, чтобы делать свои копии, репликаторам нужны материалы, а для того, чтобы приводить в действие репликацию, — энергия. Мир не бесконечен, поэтому репликаторам приходится бороться за ресурсы. Поскольку ни один процесс копирования не может быть на сто процентов идеальным, появляются ошибки, и не все потомки получаются точными дубликатами. По большей части ошибки, возникшие при копировании, представляют собой изменения к худшему; они приводят к менее эффективному расходованию энергии и материалов, к более медленной репликации или к снижению вероятности репродукции. Однако по чистой случайности некоторые такие ошибки могут стать изменениями к лучшему, и репликаторы, у которых они появились, начнут быстро размножаться от поколения к поколению. Их потомки будут усваивать любые последующие ошибки, которые окажутся изменениями к лучшему — в том числе, ошибки, благодаря которым они приобретут защитные покровы, опоры, манипуляторы, катализаторы полезных химических реакций и другие особенности того, что мы называем телом. Получившийся в результате репликатор с его телом, производящим впечатление тщательно продуманного устройства, мы называем организмом.

Естественный отбор — не единственный процесс, под действием которого организмы меняются со временем. Однако это единственный процесс, который словно намеренно проектирует строение организмов. Докинз так активно отстаивал свое мнение по поводу внеземной эволюции потому, что он рассмотрел все возможные альтернативы естественному отбору, предложенные за всю историю биологии, и доказал, что они не в силах объяснить характерную особенность жизни: сложность ее устройства.

Популярная теория о том, что организмы подчиняются позыву развиваться в более сложные и приспособленные формы, просто никуда не годится. Откуда чудесным образом берется этот внутренний позыв — и, что еще более важно, силы для достижения таких амбиций — никто объяснить не может.

Два постулата, которые прочно ассоциируются с предшественником Дарвина, Жаном Батистом Ламарком — использование и неиспользование и наследование приобретенных признаков — также не справляются с этой задачей. И дело даже не в том, что учеными было неоднократно доказано, что Ламарк в принципе был неправ. (Например, если приобретенные черты в самом деле могут наследоваться, то тогда, поскольку евреи в течение многих поколений практикуют обрезание, сейчас еврейские мальчики уже должны рождаться без крайней плоти.) Более глубокий аспект проблемы состоит в том, что теория была бы не способна объяснить сложность адаптаций, даже если бы она и оказалась истинной. Во-первых, использование органа само по себе не заставляет орган функционировать лучше. Фотоны, проходящие через хрусталик, не делают его прозрачнее; машина от использования не начинает работать лучше, а только изнашивается[2] Да, многие части организма приспосабливаются к использованию: мышцы увеличиваются от регулярных тренировок, натертая кожа утолщается, кожа, оказавшаяся на солнце, темнеет, частота действий, вызывающих поощрение, увеличивается, а вызывающих наказание — снижается. Тем не менее подобные реакции сами по себе являются частью сформировавшегося в ходе эволюции устройства организма, и нам нужно объяснить, как сформировалось это устройство: ведь никакой закон физики или химии не заставляет вещи, подвергающиеся трению, утолщаться, а освещенные поверхности — темнеть. С наследованием приобретенных признаков дело обстоит еще хуже, потому что по большей части приобретенные признаки представляют собой не улучшения, а порезы, царапины, шрамы, разрушение, гниение и другие изменения под напором безжалостного мира. А если бы какой-нибудь удар и привел к улучшениям, остается загадкой, как размер и форма этой полезной раны могли бы быть считаны с поврежденной кожи и закодированы в форме ДНК, содержащейся в сперматозоидах или яйцеклетках.

Еще одна неудачная теория — теория о макромутациях: гигантских ошибках в копировании, благодаря которым перед нами в мгновение ока предстает совершенно новый адаптированный организм. Проблема здесь в том, что законы вероятности категорически не допускают случайного возникновения такой крупной ошибки в копировании, приводящей к формированию столь сложного функционирующего органа, как глаз из однородной ткани. Небольшие случайные ошибки, напротив, могут сделать орган немного больше похожим на глаз, как в нашем примере, где хрусталик в результате вообразимой мутации мог стать хотя бы на малую долю более прозрачным, а глазное яблоко — совсем немного более круглым. Более того, задолго до начала событий, описанных в нашем примере, должна была иметь место длинная последовательность небольших мутаций, в результате которых у организма вообще появился глаз. Посмотрев на организмы немного проще, Дарвин попытался восстановить порядок, в котором все это могло происходить. Несколько мутаций сделали клетки одного участка кожи чувствительными к свету, еще несколько мутаций сделали расположенные под ними ткани прозрачными, другие привели к образованию чашеобразного, а потом и шарообразного углубления. Последующие мутации добавили к нему тонкую полупрозрачную оболочку, которая впоследствии утолщалась, превратившись в хрусталик, и т. д. Каждый из этих шагов принес с собой небольшое улучшение зрения. Каждая мутация была маловероятной, но не астрономически маловероятной. Вся последовательность в целом не была астрономически маловероятной, поскольку мутации не появились все сразу; каждая выгодная мутация добавлялась к совокупности предыдущих мутаций, которые были отобраны за миллиарды лет[3].

Четвертая альтернатива — это произвольный генетический дрейф. Полезные признаки являются полезными только с точки зрения статистики, а каждому реальному существу приходится переносить удары и превратности жестокой судьбы. Когда количество особей в поколении достаточно мало, полезный признак может и исчезнуть, если его обладателям не повезет, а неполезный или нейтральный признак возобладает только потому, что его носителям повезло. Генетический дрейф в принципе способен объяснить, почему популяция отличается тем или иным простым признаком вроде темной или светлой кожи или несущественным признаком вроде последовательности оснований ДНК в части хромосомы, которая ни за что не отвечает. Тем не менее из-за самой своей произвольности произвольный дрейф не способен объяснить появление маловероятного, но полезного признака — такого, как способность видеть или летать. Нужным для этого органам для функционирования необходимы тысячи сотен элементов, и шансы того, что соответствующие гены будут накоплены по чистой случайности, ничтожно малы.

Довод Докинза о внеземной жизни — вневременное утверждение о логике эволюционных теорий, о способности эксплананса логически приводить к экспланандуму. В самом деле, его довод позволяет опровергнуть и две альтернативные гипотезы, появившиеся позже. Одна из них — вариант ламаркизма, известный как направленная, или адаптивная, мутация. Разве не замечательно было бы, если бы организм мог реагировать на сложности в окружающей среде массой новых мутаций — причем не бесполезных и случайных, а мутаций в сторону развития признаков, которые позволили бы ему справиться с ситуацией? Конечно, это было бы замечательно — и как раз в этом состоит проблема: химии все равно, что нам кажется замечательным. Молекулы ДНК, скрывающиеся в яичках и яичниках, не могут выглянуть наружу и нарочно мутировать таким образом, чтобы у организма появился мех, если на улице холодно, плавники, если вокруг вода, и когти, если вокруг деревья; или нарочно поместить хрусталик перед сетчаткой, а не между пальцами ног или внутри поджелудочной железы. Именно поэтому краеугольным камнем теории эволюции — да и вообще краеугольным камнем научной картины мира — является постулат о том, что мутации в целом безразличны к выгодам, которые они приносят организму. Они не могут быть адаптивными в целом, хотя, естественно, некоторые из них могут оказаться адаптивными случайно. Периодически обнаруживаемые «адаптивные мутации» на поверку неизменно оказываются лабораторными курьезами или искусственно созданными признаками. Ни один механизм (разве что ангел-хранитель) не может сделать так, чтобы мутации всегда соответствовали потребностям организмов, поскольку существуют миллиарды разновидностей организмов, и у каждого тысячи потребностей.

Второй контраргумент выдвигают поклонники новой научной области, известной как теория сложности. Ее сторонники ставят своей целью обнаружить математические принципы упорядочения, лежащие в основе многих сложных систем: галактик, кристаллов, метеорологических условий, клеток, организмов, мозга, экосистем, обществ и т. д. Опубликованы десятки новых книг, в которых эти идеи освещаются в приложении к таким темам, как СПИД, упадок городов, война в Боснии и, конечно, фондовый рынок. Стюарт Кауффман — один из лидеров движения — выдвинул предположение, что такие достижения, как самоорганизация, порядок, стабильность и связанность, являются «врожденным свойством некоторых сложных систем». Эволюция, полагает он, может быть «результатом брака между отбором и самоорганизацией»[4].

Теория сложности поднимает интересные вопросы. Естественный отбор предполагает, что каким-то образом возник репликатор, и теория сложности может помочь объяснить, каким именно образом. Данная теория может внести свою лепту и в объяснение других предположений. Каждое тело, чтобы функционировать, должно достаточно долго удерживать форму, вместо того, чтобы разлететься на молекулы или превратиться в лужу. А для процесса эволюции мутации должны изменить тело в достаточной степени, чтобы его функционирование изменилось, но не настолько кардинально, чтобы оно рассыпалось на куски. Если существуют абстрактные принципы, которые определяют, будет ли система взаимодействующих частей (молекул, генов, клеток) обладать такими свойствами, то естественный отбор должен действовать в рамках этих принципов точно так же, как он должен действовать с учетом ограничений физики и математики — таких, как теорема Пифагора и закон всемирного тяготения.

И все же некоторые его читатели пошли еще дальше и сделали вывод, что естественный отбор — понятие банальное, или устаревшее, или, в лучшем случае, сомнительного значения. (Кстати, сами пионеры теории сложности, такие, как Кауффман и Мюррей Гелл-Манн, пришли в ужас от этой экстраполяции.) Типичный пример — вот это письмо в «Нью-Йорк таймс бук ревью»:

Благодаря последним достижениям в нелинейной динамике, неравновесной термодинамике и других дисциплинах на границе между биологией и физикой, у нас есть все основания полагать, что происхождение и эволюция жизни наконец-то будут поставлены на прочное научное основание. Сегодня, на пороге XXI века, мы видим, что еще два великих пророка XIX века — Маркс и Фрейд — наконец низвергнуты со своих пьедесталов. Давно пора освободить и дискуссии об эволюции от анахронистического и ненаучного поклонения Дарвину[5].

Автор письма, по-видимому, рассуждал следующим образом: сложность всегда рассматривалась как характерный признак естественного отбора, но теперь ее можно объяснить с помощью теории сложности; следовательно, естественный отбор можно считать устаревшим. Однако эта аргументация основана на игре слов. «Сложность», которая так впечатляет биологов, это не просто старый добрый порядок или стабильность. Организм — не какая-нибудь упорядоченная клякса, или красивая симметричная спираль, или аккуратная сетка. Это машина, и ее «сложность» представляет собой функциональный, адаптивный замысел: сложность поставлена на службу достижению некоего интересного результата. Структура пищеварительного тракта не случайна; он устроен как заводской конвейер для извлечения питательных веществ из поглощаемой пищи. Никакая совокупность уравнений, применимых ко всему на свете — от галактик до войны в Боснии — не может объяснить, почему зубы располагаются во рту, а не в ухе. А поскольку каждый организм представляет собой совокупность пищеварительного тракта, глаз и других систем, нацеленных на достижение целей, общих законов сложных систем может быть недостаточно. Материя просто не обладает внутренним стремлением конструировать из самой себя брокколи, вомбатов и божьих коровок. Получается, что естественный отбор — это единственная теория, которая способна объяснить, как может возникнуть не просто сложность, а именно адаптивная сложность, потому что это единственная теория, которая без обращения к сверхъестественным силам и ретроактивной причинности показывает, как то, насколько хорошо что-то функционирует, может играть причинную роль в том, как оно появилось в нашем мире[6].
_______

Ссылки

[1] Дарвин и Вселенная: Dawkins, 1983, 1986; Williams, 1966, 1992; Maynard Smith, 1975/1993; Reeve & Sherman, 1993.
[2] Фотоны не делают глаз прозрачнее: Dawkins, 1986.
[3] Макромутации не могут объяснить сложное строение: Dawkins, 1986; Gould, 1987, с. 234.
[4] «Адаптивные мутации»: Cairns, Overbaugh & Miller, 1988; Shapiro, 1995. Проблемы, связанные с адаптивной мутацией: Lenski & Mittler, 1993; Lenski & Sniegowski; Shapiro, 1995. Теория сложности: Kauffman, 1991; Gell-Mann, 1994.
[5] Долой Дарвина: James Barham, New York Times Book Review, June 4, 1995; also Davies, 1995.
[6] Ограничения теории сложности: Maynard Smith, 1995; Horgan, 1995b; Dennett, 1995.


«Издательство Кучково Поле» — издательство, специализирующееся на исторической литературе, мемуарах, иллюстрированных альбомах по искусству, истории и культуре
© «ПостНаука», 13 аперля 2017

 
 
 
promo eto_fake март 28, 2012 00:37 5
Buy for 10 tokens
Large Visitor Globe Поиск по сообществу по комментариям 2leep.com
 
LiveJournal: rating_botlivejournal on Январь, 21, 2018 19:35 (UTC)
Здравствуйте! Ваша запись попала в топ-25 популярных записей LiveJournal волжского региона. Подробнее о рейтинге читайте в Справке.
mamlasmamlas on Январь, 21, 2018 20:01 (UTC)
+