Редукціонізм в біології та інших науках

Хто буде сперечатися, що теоретична біологія – це добре? Здається ясним, що вона повинна бути одночасно і математичною. Є і непоганий приклад перед очима – фізика. Хоча у неї чимало власних проблем, але, вважаю, будь-який біолог-теоретик хотів би помінятися турботами з теоретиком-фізиком. А поки він бере фізику в якості деякого ідеалу і, більш того, прагне прямо перенести в біологію фізичне мислення, фізичні поняття, фізичну мову. Так склалося здавна, і не доводиться дивуватися, що висунуте ще Декартом уявлення про організм як про дуже складну машину стійке в біологічному середовищі. А далі, як це часто трапляється з людьми, змішуються бажання і дійсність — намічена програма і вже отримані результати.

У XVII столітті з’явилася «ятромеханічна школа» (зачаток подальшої біофізики). Її засновник Дж. А. Бореллі був упевнений, що йому в основному вдалося звести рухи тварини до механічних законів. Через двісті з гаком років Е. Геккель з повною впевненістю заявив, що до кінця XIX століття успіхи природознавства, особливо фізики і хімії, раз і назавжди вирішили механіку таких «світових загадок», як початкове зародження життя, проблема доцільності живих істот, виникнення простого чуттєвого сприйняття і свідомості.

Геккель не засвоїв уроків минулого. Його книга «світові загадки» тепер цікава лише історикам науки. Проте, його урок для багатьох знову ж пройшов дарма. Відомий французький вчений, нобелівський лауреат же. Моно написав через 70 років після Геккеля, що «секрет життя», якщо такий взагалі є, криється на хімічному рівні і здебільшого вже відкритий. «Кінцевий сенс всіх телеологічних (тобто цілеспрямованих) структур і функцій живих істот укладений, таким чином, в послідовності радикалів поліпептидних волокон…». Виявляється, що в будь-який час знаходяться люди, які вважають, що наука їх епохи вже вирішила головні проблеми або що до вирішення рукою подати.

До настільки ж рішучих заяв, втім, схильні і люди протилежних поглядів. К. Біша в XVIII столітті наполягав, що на відміну від фізичних явищ щодо організмів нічого не можна передбачити або обчислити. Філософ У. Торп, вже наш сучасник, зазначає, що життя може бути унікальним явищем. Науці ж для винесення достовірних суджень потрібна повторюваність, відсутність унікальності, «про істинно поодинокі події наука нічого не може сказати».

Проблема відомості, або, як прийнято говорити, «редукції», біології до фізики (на худий кінець — до фізики і хімії), що можна бачити навіть з небагатьох прикладах, успадкована нами від далекого минулого. Цікаво, що успадковані і умозаключення, а також способи аргументації протиборчих сторін. Редукціоністи, тобто апологети редукції, незмінно вказують на успіх фізичного або хімічного тлумачення будь-якого біологічного явища і зазвичай не скупляться на обіцянки успіхів у майбутньому. Антиредукціоністи пригадують вчинені помилки, витягують невирішені і нібито нерозв’язні проблеми і пророкують крах редукціоністських ідеалів.

Хоча дискусія триває і понині, в останні роки помітнішою стає обережність висловлювань.

Пом’якшення дискусії про редукціонізм, напевно, пов’язано з тим, що на антиредукціоністів справили чимале враження результати фізико-хімічного вивчення життя. Висвітлення хімічних основ спадкового коду, біохімії дихання або м’язового скорочення не може не справити враження на теоретика. Раз вдалося запропонувати фізико-хімічну інтерпретацію, нехай не цілком досконалу, таких складних і споконвічно біологічних явищ, ризиковано вказувати біологічні феномени, до яких фізика і хімія ніколи не підберуть ключів. Але і редукціоністам треба стримуватися: занадто часто подальші експерименти або більш вдумливе теоретизування заслужено компрометували їх поспішні висновки.

Як приклад не раз наводилися роботи відомого фізіолога Ж. Леба. Він стверджував, що горезвісна свобода волі — це ілюзія, породжувана найпростішими явищами — тропізмами (до тропізмів відносяться, наприклад, зростання рослини у напрямку до світла або руху сперматозоїда у напрямку зростаючої лужності середовища). Леб ставив експерименти, в яких тварини часом вели себе на рідкість нерозумно. Так, гусениця, посаджена в запаяну трубку, повзла до сильно освітленого і нагрітого кінця, де і гинула. Як тільки дослідники перейшли від таких експериментів до спостережень в природі, від висновків Леба мало що залишилося.

Ті ж гусениці, як виявилося, ховаються від яскравого Сонця в тінь. Загнані в пробірку, вони не могли не рухатися, а назад повзти вони не вміють. Залишалося повзти вперед, щоб там загинути. Відомий дослідник поведінки тварин Р. Шовен охарактеризував результати Леба як дані про патологію, а не природного життя організму. Те, що отримав Леб, було скоріше не фактом, а артефактом, тобто явищем, що виникають через саме дослідження, нав’язане організму дослідником і в нормі організму не властивим.

Як відрізнити факти від артефактів — одна з головних труднощів редукціонізму. Це розумів ще Гете, про що і повідомив устами Мефістофеля:

…Живой предмет желая изучить,
Чтоб ясное о нем познанье полунить,
Ученый прежде души изгоняет,
Затем предмет на части расчленяет
И видит их, да жаль: духовная их связь
Тем временем исчезла, унеслась!

Хоча в розпорядженні нинішньої біології є чимало методів спостереження за живими об’єктами (від мічених атомів і радіоавтографії до бінокля в руках етолога), проблема розмежування фактів і артефактів залишається. У всіх підручниках описано, як при діленні клітин в певний момент зникає («розчиняється») ядерна оболонка. Нещодавно з’явилося повідомлення, що розчинення ядерної оболонки — наслідок фіксації матеріалу хімікаліями, тобто не факт, а артефакт. Це як якби дослідник наскального живопису доісторичних часів чистив скелю, щоб краще бачити картину, ненавмисно подряпав би її, а потім вивчав власні подряпини.

Є й інші труднощі на шляху редукціонізму. У біологів здавна прийнято проводити особливо детальні дослідження на спеціально підібраних об’єктах. Мендель вибрав горох, зараз молекулярні біологи вважають за краще кишкову паличку, а генетики — плодову мушку дрозофілу. Але кожному організму властива неабияка частка унікальності. Це ми добре знаємо по собі. Немає двох однакових людей. Також немає і двох однакових кишкових паличок, тільки треба поглянути на них в електронний мікроскоп. Через це виникає головний парадокс редукціонізму. Ми змушені піддавати найбільш витонченим і трудомістким дослідженням лише окремі особини вибіркових видів. А далі отримані відомості треба поширити на всі інші особини виду і на інші види. Але як розпізнати тих, на кого треба все це поширювати? Спиратися на весь складний шлях витончених досліджень вже не можна, це суперечить умові завдання. Ніхто цього і не робить. Йдуть по звичайному шляху класифікації організмів за найбільш помітними морфологічними ознаками. А це вже занадто далеко від фізики. Редукціонізм виявляється в дивному і хибному становищі. Напрошується така аналогія. Винахідник пообіцяв машину, яка позбавить людину від ручної праці. Його запитують, звідки машина буде брати енергію, і виявляється, що колеса треба крутити ногами.

Це ще не все. Нинішня молекулярна біологія пишається своїми досягненнями. Одне з них — твердження, що всім організмам властива принципова єдність в передачі спадкової інформації від батьків до нащадків, що вирішальна роль тут належить нуклеїновим кислотам і особливо горезвісній ДНК. «Всім організмам» – звучить дуже голосно. А чи справді всім? Звідки це відомо? Ніхто ж не вивчав всі організми. Погодьтеся, читачі цих рядків, що ні вас самих, ні ваших домашніх кішок і собак, ні тарганів, що бігають по вашій кухні ніхто не вивчав на предмет присутності і функціонування ДНК. Вивчали-то якихось вибіркових лабораторних істот, кілька десятків, від сили сотень видів, від кожного виду — деяка кількість примірників. Звідки ж гучна заява – «всіх організмів»? Що дає на це право?

Таке право дає все та ж систематика. Саме вона розташувала всі живі істоти у велику систему різноманітності, розкрила в ній впорядкованість і мінливість (і продовжує цю роботу зараз), дала нам в руки інструмент, що дозволяє обійтися вивченням лише малої частки організмів, а судити про них усіх. З іншого боку, та ж систематика забороняє деякі узагальнення. Так, не все, вивчене на бактеріях, можна віднести до людини. У царстві систематики, як у музеї. Якщо ви прийшли в Єгипетський зал, то не чекайте побачити серед речей, знайдених в гробниці фараона, касетний магнітофон. Не сперечаюся, що зараз фізико-хімічні методи, на мій погляд, чимало допомагають і систематикам, але все ж роль їх підсобна і завжди, на мій погляд, залишиться такою.

Але і це ще не все. Мало вивчити природу, треба ще записати свої спостереження, узагальнити їх в поняттях, записати словами і дати почитати колегам. Ніхто не може вести дослідження, не звертаючись до попереднього досвіду, до праць інших дослідників. Все це пов’язано з мовою. Біологічна мова викликала чимало нарікань редукціоністів. Незліченні назви тварин, рослин і мікроорганізмів, морфологічні, фізіологічні та екологічні терміни, розпливчастість багатьох понять — все це занадто далеко від строгості і відносної простоти фізичної мови і фізичних понять, що стоять за ним. Та й, по суті справи, від біологічної мови треба позбавлятися, якщо ми заявляємо, що в живій природі немає нічого, що виходить за межі фізичних і хімічних законів.

Теоретики редукціонізму це зрозуміли давно. На жаль, і тут були змішані бажання і можливості, програма і результат. Відомі філософи-позитивісти Р. Карнап, М. Шлі та їх однодумці ще в двадцятих — тридцятих роках ХХ століття проголосили можливість викладу на чисто фізичній мові таких біологічних понять, як клітинний поділ, зростання, регенерація, і багатьох інших. Далі обіцянок і окремих приватних спроб справа, однак, не пішла. Хоча це саме по собі і не свідчить, що редукціоністські програми безнадійні, але самостійність біологічної мови від фізичної і хімічної — кращий показник того, наскільки скромні успіхи редукціонізму в спробі звести біологію до фізики і хімії.

Проблема приведення біологічних понять і термінів до фізичного ідеалу повертає нас до проблеми класифікації тепер вже не тільки самих організмів, але і їх частин, їх властивостей і їх відносин один з одним і навколишньою природою. За кожним терміном стоїть якесь поняття, а що стоїть за поняттям? Дещо спрощуючи справу, можна сказати, що за поняттям стоїть якась класифікаційна одиниця. Значить, замінити біологічну мову фізичною не можна, не відмовившись від біологічних класифікацій, чи йде мова про класифікацію організмів на види, роди, сімейства і так далі, аж до царств, або про розчленування організмів на частини, встановлення їх властивостей і відносин. На жаль, тут фізика майже нічого не може запропонувати біологам. Її мова занадто бідна, а це означає, що фізичні класифікації теж занадто бідні. Ними не можна відобразити багатство і різноманітність живого світу. Може бути, положення зміниться в майбутньому, але це — вельми віддалене майбутнє.

Остання складність «офізичності» біології, про яку треба згадати, мабуть, вартує всіх попередніх. Якщо вже «офізичнувати» науку про живу природу, то не можна забувати і про людину, якій, як відомо, властиво помилятися. Справа не тільки в тому, що вона може помилятися в спостереженні і збирати артефакти замість фактів. Людина робить в ході дослідження щось найгірше. Вона привносить в дослідження заздалегідь заготовлені схеми, в які заштовхуються спеціально підібрані факти, а на все суперечливе людина може ненавмисно закрити очі. Людині властиво робити поспішні висновки або, навпаки, не робити ніяких висновків з недомислення. Як позбутися від усього цього?

Для позбавлення від неточності мови і мислення пропонувалося визнавати дійсними і осмисленими лише спостережувані фізичні параметри живих істот, дані в безпосередньому досвіді, «у відчутті», а не непрямі міркування, одержувані шляхом складних міркувань. Досвід і відчуття, звичайно, дуже хороші. Дуже часто вони нас не обманюють. Іноді все ж саме вони нас підводять. Треба навчитися відрізняти достовірне спостереження від недостовірного. І поодинокі рецепти через непередбачуване розмаїття досвіду нічого не дадуть. Потрібна розвинена теорія, яка, очевидно, повинна включати і теорію психофізіологічного сприйняття у людини. Немає потреби пояснювати, що побудувати таку теорію без допомоги біології, зокрема теоретичної, неможливо. Теоретичної ж біології, яка влаштує редукціоністів, поки немає. Саме її і потрібно створити, і саме через її створення розгорівся сир-бор. Складається замкнуте коло. Для створення теоретичної біології, що задовольняє фізикалістським ідеалам, потрібна психофізіологічна теорія сприйняття, а для цієї, в свою чергу, потрібна теоретична Біологія. Як вирватися з цього кола, невідомо.

Що ж робити? Рішення виниклої проблеми шукали по двох шляхах. Одні пропонували наділяти неживу матерію передбіологічними і передпсихічними властивостями. На захист «протопсихічних властивостей» атомів наводилися такі міркування за аналогією. Сучасна ядерна фізика не в змозі вивести гравітаційні сили з відомих властивостей атомів і елементарних частинок. Гравітація, з точки зору ядерних сил, непередбачувана, оскільки сила тяжіння приблизно в 10-38 разів менше електромагнітних внутрішньоатомних взаємодій. Гравітаційні сили ми можемо враховувати лише у великих масах атомів. Для прояву свідомості, як і гравітаційних сил, необхідні деякі мінімальні скупчення речовини та її специфічна впорядкованість. Протопсихічні властивості атомів перетворюються в психічні властивості доданих ними тіл. Ця ідея досить стара. Ще в XVIII столітті Ж. Б. Робіне писав, що органічне життя є прихованою сутністю неорганічної природи.

Найчастіше дослідники йшли другим шляхом. Крім фізичних сутностей, вони допустили до розгляду і самостійні, біологічні сутності, що не зводяться до фізичних. Це те, що зараз прийнято називати концепцією «рівнів організації». Одним з родоначальників нинішньої концепції рівнів організації, мабуть, можна вважати Р. Декарта, який визнавав два кінцевих, повністю незалежних типи субстанцій — душу і тіло. Тварин він вважав лише надзвичайно тонко влаштованими машинами. В якомусь сенсі на противагу цим поглядам, а по суті — в їх розвиток з’явилися віталістські концепції, що відстоюють незалежність живої і неживої природи.

Дивним чином, знову ж таки на противагу тепер вже віталізму, кількість таких рівнів стала множитися, а не скорочуватися. Різними рівнями організації в живій природі вважають, скажімо, атомний, молекулярний, клітинний, організмовий, популяційний, великих екосистем аж до біосфери в цілому. Говорячи про різні рівні, дослідники мали на увазі перш за все те, що явища одного рівня принципово відрізняються від явищ інших рівнів і не можуть бути до них зведені.

Все було б добре, не будь трьох прикрих питань: 1) Скільки ж існує рівнів організації, 2) чому взагалі рівні виникають і 3) Як пояснити, що на більш високих рівнях виникають властивості, відсутні на рівнях нижчих.

Що значить самостійний рівень? Це, дадуть відповідь вам, якийсь аспект дійсності, для якого властиві свої закономірності, які не можна вивести з закономірностей інших аспектів, інших рівнів. Критерій здається розумним, хоча невідповідність закономірностей одного рівня до закономірностей інших рівнів зазвичай важко або неможливо переконливо продемонструвати. Але хіба мало що до чого незводимо! Я можу вивчати реакції соняшника на Сонці. Він крутить за ним слідом головою. Це закономірність чи ні? По-моєму, так. Для соняшника це закономірність. Для конвалії вона недійсна. Що ж тепер, вважати, що соняшник – один рівень, а конвалія – інший?

Або приклад з іншої області. Якщо неглибоко порізати палець, то шкіра скоро повністю відновлюється, поріз заростає. Якщо ж пошкодився зуб, то дупло, на жаль, вже не заростає. І те і інше цілком закономірно повторюється. Так що ж, тканина шкіри і тканина зуба зі своїми закономірностями – теж різні рівні організації? Скільки ж треба визначити таких рівнів, якщо строго дотримуватися правила про виділення рівнів, керуючись незвідністю закономірностей?

Виходить, що проблема виділення рівнів зводиться до проблеми класифікації організмів і їх розчленування на частини — будь-які, аж до атомів. І ніякої особливої проблеми рівнів, крім проблеми створення об’єктивної, природної системи організмів і їх настільки ж природного членування на частини, не існує. Те ж можна сказати і про надорганізмові рівні організації.

Якщо питання про число рівнів, таким чином, зникає і зводиться до традиційних біологічних досліджень, то друге питання — про причини виникнення різних закономірностей на різних рівнях залишається, хоча і перетворюється. Замість нього виникає дещо інше: чому взагалі організми розбиті на систематичні групи і чому вони складаються з тих чи інших частин, чому у них та, а не інша фізіологія та екологія? Неважко помітити, що всі перераховані питання ставить перед собою не тільки біологія, а й будь-яка інша наука.

До чого ж ми прийшли? Які уроки повинна витягти біологія з багаторічної дискусії про редукціонізм? Якщо редукціонізм поганий, то що запропонувати натомість? Чи не повернутися до часів, коли мало не основна маса біологів займалася систематикою? Може бути, треба пригальмувати стрімкий розвиток молекулярної біології, біофізики та біохімії?

Не можна сказати, що редукціонізм поганий. Він просто недостатній. Фізико-хімічні методи хороші для вирішення деякого кола завдань, вкрай важливих, але не вичерпних всіх проблем біології. В основі редукціонізму як філософського світогляду лежить переконання, що для пізнання організмів треба йти від простіших компонентів організму до складніших, від дрібніших частин до більших, від частини до цілого. Антиредукціоністи зазвичай заперечують проти такого підходу і вказують, що частини визначають не всі властивості цілого, є ще так звані «цілісні властивості».

У пояснення цієї думки наводять, наприклад, таку аналогію. Ми не можемо зрозуміти властивостей музичного твору, вивчаючи окремі звуки і такти. Подібні явища можна знайти і в біології. Вивчаючи окремі особини, етолог не може передбачити, як вони поведуть себе разом.

Проти вивчення цілісних властивостей заперечувати не доводиться. Деякі явища можна зрозуміти, лише спостерігаючи організм цілком. Все ж наука змушена навіть ці цілісні властивості вивчати порізно, а така операція — вже редукція. Іншими словами, редукціоністські прийоми дослідження, мабуть, неминучі. Крім них, наука нічого запропонувати не може. Справді цілісне сприйняття світу, мабуть, неможливо в рамках науки, принаймні, з її сучасними традиціями, і належить іншим сферам людського пізнання, перш за все мистецтву. Тому варто обговорити питання, чи не є нинішня наука в самій своїй підставі редукціоністською. Якщо так, то редукціоністи та їх противники в сфері науки будуть відрізнятися не тим, що одні — шанувальники редукціонізму, інші ж — ненависники. Всі будуть шанувальниками, хоча і в різній ступені, одні – явними, а інші — неусвідомленими.

Втім, ця різна ступінь поклоніння породжує відмінні способи мислення.
Одні – крайні редукціоністи – основну увагу звертають на те, як з більш дрібних механізмів виникають більш загальні, як впливають частини, починаючи з молекул, на властивості цілого організму. Ці люди починають з фізики і хімії і звідси рухаються до цілого організму. Інші – їх можна назвати «прихованими редукціоністами» (хоча самі вони називають себе антиредукціоністами), йдуть як би зустрічним шляхом. Їх цікавить, перш за все, те, що іноді називають «низхідним детермінізмом»,— як ціле впливає на властивості частин, а точніше, як змінюються частини в залежності від положення в цілому.

Спадний детермінізм не обмежується біологічними об’єктами. Це одна із загальних властивостей світу, давно відзначена філософами. Властивості речей проявляються не безвідносно до чого-небудь, а у відносинах, в тому числі в матеріальних взаємодіях з іншими речами. Наприклад, для того, щоб проявилася плинність води, треба помістити її в систему з гравітаційним полем при певних температурі і тиску. Але саме в біології ефекти спадного детермінізму особливо демонстративні. У генетиці добре відомий «ефект положення» – різні прояви гена в залежності від його положення в хромосомах.

Ембріологи прекрасно знають, що доля будь-якої частини зародка залежить не стільки від її власних властивостей, скільки від положення в цілому зародку. На досить ранніх стадіях ембріонального розвитку частини зародка можна хірургічним шляхом міняти місцями без видимих наслідків для дорослої особини. Частини розвинуться в потрібний орган відповідно до зайнятих ними новим місцем. Одна і та ж тварина в залежності від ситуації може бути доброзичливою і агресивною. Про те, як сильно залежать властивості організму від його відносин з екосистемою, мабуть, можна не говорити. На жаль, величезна роль спадного детермінізму не завжди достатньо враховується. Наприклад, не раз висловлювалася думка, що вода в морі і вода в тілі риби — не одна і та ж речовина, але я не знаю, в якій мірі враховують таку можливість біохіміки в своїх повсякденних дослідженнях.

Підсумовуючи труднощі редукціонізму, я ставив і риторичне запитання: чи не треба повернутися до часів панування систематики? Справді, без сильної підтримки систематики та інших традиційних розділів типології фізико-хімічні засоби вивчення загадок життя не виправдовують покладених на них надій. Які б тонкі механізми життя ми не вивчили за допомогою надсучасної апаратури, нам не цікаво відносити отримані результати лише до тих істот, які потрапили на лабораторний стіл. Якось треба ці відомості поширювати далі на всю безліч різноманітних організмів. Від молекулярної машини рано чи пізно треба переходити до форм організмів, їх поведінки і місця в екосистемах.

Але тоді буде потрібна перебудова самих принципів систематики і обслуговуючих її традиційних дисциплін. Пошук закономірностей в мінливості, вміння представити ці закономірності в точній і суворій формі, що піддається математичному аналізу,— мабуть, єдиний шлях кристалізувати в стрункі теорії ті гори сипучого фактичного матеріалу, про які йшла мова на початку статті. Тільки тоді вдасться поєднати головні напрямки в нинішній біологічній науці – молекулярну біологію з її найтоншими фізико-хімічними методами і традиційні дисципліни — систематику, морфологію, фізіологію та екологію. У цьому з’єднанні розчиниться, зникне давня проблема редукціонізму.

Автор: С. Мейен, доктор геолого-мінералогічних наук.