Страница 34 - Разум природы и разум человека - А.М. Хазен - Философия как наука

Рассмотрю особенности гауссовского распределе­ния для случай­но­стей в задачах эволюции жизни. Пусть один из приз­на­ков вида, упо­ми­наемый в связи со схемой эво­люции жиз­ни рис. 3.1, есть, на­при­мер, про­­дук­ция сомато­тро­пина; или гормо­нов, ре­гулиру­ю­щих жи­ро­вой об­мен; или чувстви­тель­ность к ним соот­вет­ству­ю­щих рецепто­ров, и подоб­ное. Не­из­беж­­но, что для одного и того же вида ор­­га­низмов ко­­ли­че­ствен­но этот признак случайно раз­личен от осо­би к осо­­би. Как от­ме­чалось в пре­ды­ду­щем параграфе, наи­бо­­лее простое и часто реа­ли­зу­е­мое распре­де­ление слу­чай­но­с­тей опи­сы­вает кривая гауссовского рас­пре­де­­ле­ния (рис. 3.2), имеющая “колокольный” вид. Это распределение спра­ведливо для не­за­ви­си­мых случайностей. Однако случайности в дарвинизме не есть и не могут быть неза­ви­си­мыми!

Основная система координат, исполь­зу­емая в этой работе, есть плоскость: Семантическая информация  I   Информация  iS. Это есть плоскость функции комплексного переменного (см., главу I). Приб­лиженно процессы в ней можно описывать раздельно вдоль осей как функ­ции действительного переменного.

Случайные изменения заданного признака, описываемые гауссов­ской кривой, можно изобразить в такой системе коорди­нат. Так как гаус­совское рас­пределение ухо­дит по оси абсцисс в , необходимо задать минимальную величину ве­ро­ят­но­сти, ко­то­рую можно считать гра­ницей малости для рассматриваемой конк­рет­ной задачи (пун­к­тирная прямая со стрелками на рис. 3.2). От­ве­ча­ющий ей разброс признака можно изо­б­ра­зить в ко­ор­динатах  в ви­де замк­ну­той области 1 рис. 3.3.

Вид живого организма харак­те­ризуют де­сятки только важнейших из его при­з­на­ков. Если каждый из них изменяется слу­­чайным об­разом независимо от осталь­ных, то число об­ластей, подобных 1 на рис. 3.3, бу­дет равно числу всех признаков. “Старый” вид жиз­ни, который “дол­жен усовершенствовать” ес­тес­т­­вен­ный отбор, есть область пересечения всех об­ла­стей типа 1 для независимых распределений каждого из признаков. Вероят­ность такого пере­се­че­ния для независимых со­бы­тий равна произ­ве­дению вероятностей всех собы­тий. Даже если ве­роятности внутри областей 1 не слиш­­ком малы по сравнению с едини­цей, то их про­из­ведение в этих ус­ловиях будет исче­за­юще мало.

Например. Допустим, что по каждому одному признаку нужное зна­­чение его конкретной величины реализуется в среднем у одной из де­сяти особей (ве­роятность 0,1), а этих признаков всего десяток. Для за­дач эво­­лю­ции жизни это очень высокая ве­ро­ят­ность и очень малое число приз­­наков. Тогда при независимом изменении этих всего десяти приз­на­ков веро­ят­ность их заданного пересечения (произведение вероятностей каж­до­го из них) составит примерно 10-10 – одну десятимиллиардную!

Выше было подчёркнуто, но повторю ещё раз. Слу­чай­­ности в эво­лю­­ции жизни контролируются условиями, в том числе вклю­чающими в себя физико-хими­ческие зако­ны. Они ограничивают случай­ности и вво­дят для них взаимную зависимость. Гауссовское распределение по од­но­му признаку остаётся возможным. Наблю­де­ния и эксперименты под­тверж­дают, что при этом парадоксально возможно гауссовское распреде­ле­ние и по ка­ким-то другим признакам, несмотря на то, что такое тре­бует независи­мо­сти случайностей, которой нет для форм жизни.

Ответ на этот парадокс простой. Существует принцип струк­тур­­ной комплементарности. Он гарантирует, что сопря­жен­ные с дан­ным признаком процессы и объекты имеют закономерную свободу изме­нений. Случайное изменение одного признака приводит к закономерным изменениям других. Но они допускают многие разные варианты, сог­ла­со­ванные с теми, которые опре­де­ляют данный приз­нак. Эта закономер­ность сопряженных изменений разрешает им воспроизвести (повторить) первичное гауссовское распределение случайных изменений одного из приз­­наков в другом (тем более, что оно приближённое. Эксперимен­таль­но наблюдаемое гауссовское рас­пре­­деление одновременно разных приз­наков форм жизни есть законо­мер­ное ото­б­ра­­жение независимых слу­чайностей одного из признаков на свя­зан­­ные с ним другие признаки.

Для того, чтобы реализовать описание изложенного выше, то есть строго учесть ограничения случайностей од­но­значными физико-хими­чес­кими законами, необходимо на рис. 3.3 использовать в строгом виде плоскость функций комплексного переменного  .  На ней можно ко­­личественно отобразить усло­вия, которые регулируют со­от­ношение слу­­чай­ностей и закономерностей (прин­цип струк­тур­­ной ком­племен­тар­но­сти, энерге­ти­чес­кое равноправие разных форм РНК и ДНК, регули­рование выбора между разны­ми гетерока­та­ли­ти­ческими реакциями). В этом принцип макси­му­ма про­­извод­ства энт­ро­пии га­ран­ти­ру­ет максимум способности к превра­щениям как не­отъемли­мую особен­ность жизни на всех эта­пах эволюции от её воз­ник­но­вения до мозга че­ло­века.

Дарвинизм пер­вич­но сфор­мулирован (в совре­мен­ной тер­ми­но­ло­гии) для ДНК-содер­жа­щих форм жиз­ни. Поэтому в этой главе мож­но опу­­стить упоминание о РНК и пос­ту­лировать – сущест­вует ДНК, су­ще­ст­­вуют гетерокатализиру­е­мые ею ре­акции, существует прин­цип струк­тур­ной комплемен­тар­но­сти, га­­ран­­ти­­рующий взаимопригодность про­­­дук­тов гетерокатализа. Это до­пол­няет конкретный диапа­зон темпе­ра­тур­ных и ба­рометричес­ких усло­вий, в ко­то­рых существует и эволюциони­ру­ет дан­ная форма жизни.

ДНК, которая способна гете­ро­ка­тали­зировать реакции при этих ус­ло­ви­ях, заключена в эукариотичес­кой клет­ке и обслу­жи­ва­ет­ся её меха­низ­ма­ми. Пусть в нашем распоря­же­нии впол­не ре­альный сегодня (или хо­тя бы в бли­жайшем будущем) мощ­ный ком­пью­тер и набор ве­ществ и сред­ств их до­ставки в окружение клет­­ки и в неё саму. Кро­ме того мы рас­по­лагаем сред­ст­ва­ми для соз­дания в этой ДНК не­слу­чай­ных, предна­ме­рен­но за­дан­ных му­та­ций как малых, так и боль­ших по от­но­шению к мас­штабам дан­ной ДНК. Тог­да (возвращаясь к прибли­жён­ному опи­санию) в коор­ди­натах рис. 3.3 можно построить кри­вые или об­ласти та­кие, для ко­то­рых возможен весь ком­плекс об­разо­вания дан­­ного иерар­­­хи­чес­ко­го уров­ня живых объек­­­тов, их мета­бо­лиз­ма и размно­жения в за­дан­ных ус­ловиях (рис. 3.4).

Будем целенаправленно изменять ус­ло­­вия так, чтобы по­лучить не­п­ре­­­­рыв­ный эво­люционный переход, на­пример, от вида 1 к виду 3 или 5 на рис. 3.4. Подобное есть ре­альность для не­ко­торых случаев вы­ве­де­ния сель­ско­­хо­зяй­ст­­венных растений и живот­ных.

Бесспорные экспериментальные факты в таких попытках в том, что обя­зательно:

изменение одного из призна­ков фун­­к­­ционально закономерно при­водит к из­ме­не­ниям других признаков;

часть возникающих форм ор­га­низ­мов нежизнеспособна в диа­па­зоне от са­мых пер­вых делений яйце­клет­ки до зрелых орга­низ­мов;

часть возникающих форм ор­га­низ­мов не может давать по­том­ст­во способом, ко­торый обычен для данного вида;

часть форм организмов, получивших признак, по которому про­водился отбор, теряет его в процессе смены последующих поколений.   

Всё это справедливо и в том случае, когда случайности мутаций при целенаправленном человеческом отборе заменены точно адресными генными манипу­ля­циями. С их помощью био­химическими методами пе­ре­носятся в но­вый биологический вид задан­ные участки ДНК. Они в родном им био­ло­гическом виде успешно кодировали про­цес­сы и резуль­таты, которые хо­тят получить в результате отбора у другого вида. Слу­чай­ность заменя­ет­ся, ка­за­лось бы, полной целенаправленностью.

Однако эти (хорошо известные) экс­пе­риментальные факты да­ют выводы, которые плохо совмещаются с понятием о целена­прав­лен­ности:

при описании дарвиновского естест­венного отбора понятие о не­зависимых вероятностях и гауссовское рас­пределение случайностей нуж­­но применять с очень большой осто­рожностью;

непрырывная дарвиновская эволюция должна включать в себя нежизнеспособные переходные формы организмов.

В современном дарвинизме игнорируются перечисленные выше эле­­ментарные следствия всем известных фактов. Остановлюсь более под­­­роб­но на последнем из них

Современные трактовки дарвинизма, поиски их подтверждения в палеонтологических данных и в целенаправленных экспериментах исхо­дят из того, что при видообразовании (и на старших таксономических эта­­пах) долж­ны быть эво­лю­­ци­онные переходные формы жизни. Для боль­­шин­ства от­личий между круп­ными таксономическими градациями та­кие эволю­ци­он­но посте­пен­ные пере­ход­ные формы найти не удаётся. Как пра­вило, сред­ст­вами палеон­то­ло­гии они не обнаруживаются и для эво­­лю­ции видов. Они не обнаруживаются и для многих сосущест­ву­ю­щих се­­год­ня видов. Отсюда делается вывод, что дарвинизм – ошибочен.

Однако требование существования переходных промежуточных форм жизни, как, якобы, необходимых для до­ка­зательства эволюцион­ной теории Дарвина, отражает только и именно “великую силу извра­ще­ния чужих мыслей”.

Переходные формы в оптимизирующей дарвиновской эволюции видов есть. Они со­дер­жат случайные большие или малые от­личия раз­ных исходных признаков, характеризующих вид-пра­ро­дитель. Однако слу­чайное отклонение любого признака живого орга­низ­ма вызывает в нём законо­мер­ное изменение процессов и ре­зуль­татов, определяющих другие приз­наки. Этим случайности ограничи­ва­ют­ся конкретными усло­виями. С ними совместимы далеко не все случайности, поэтому пе­ре­ходная форма не может завершить своё развитие и дать потомство.

Переходная форма, как единичный индивидуум, в сложных чело­ве­ческих экспериментах иногда может быть зафиксирована, даже если она не­жиз­неспособна. В современной природе, а тем более в палеонто­логии, для того, чтобы быть замеченными человеком, особей в сос­таве эво­лю­ци­он­но переходных форм должно быть много. Это воз­мож­но в том слу­чае, если они устойчивы (в смысле устойчивости фи­зических про­цес­­сов и кри­териев устойчивости А. Ляпунова см., гла­ву I рис. 1.2, 1.4). Ин­фор­мация о них тогда синтезирована, то есть может быть за­пом­нена с по­мощью размножения. Но если такое про­и­зо­ш­ло, то это есть факт воз­ник­­­новения нового вида. Отсюда невоз­мож­ность наблю­дать в при­роде (в прошлом или сегодня) переходные ин­ди­ви­дуумы. Речь может идти толь­ко о переходных видах. Но в силу объяс­нён­­ного выше их ото­б­ра­жают изолированные (далеко от­сто­я­щие друг от друга) остров­ки наб­лю­даемых признаков. Поясню. 

Традиционная путаница в понятии о детерминизме в природе была устранена в [11]. Детерминизм есть пороги, задающие нечувствитель­ность процесса или объек­та к его малым изменениям. Нет двух оди­на­ко­вых людей, но все лю­ди тождественны в своих ключевых признаках и особенностях поведения. На рис. 3.4 это изображено окрестностью зна­чений инфор­мации, определяющей возможные виды 1 – 5.

Пусть ре­а­лизованы те исключительные условия, которые необхо­ди­мы для отбора, приводящего к непрерывной эволюции от одного вида к другому, как это показано на рис. 3.4.

При сельскохозяйственном отборе ши­ро­­кий набор условий, по ко­то­­рым целенаправленно происходит селек­ция, может создать видимость непрерывности внешних изменений. Например, по критерию размеров плодов выведенные сорта вишен почти непрерывно пере­кры­ва­ют диапа­зон от единиц мил­ли­метров (для их декоративных сортов) до полутора сан­тимеров. Среди них есть и такие, которые не могут сами себя вос­про­из­водить половым путём. Их размно­жа­ют вегетативно, например, спо­со­бом прививок. Однако по дру­гим признакам, например морозостойкости, при не­прерывном переходе для разме­ров пло­дов – непрерывности нет. Аналогично, пренебрегая размером плода, мож­но по­ст­ро­ить непрерыв­ный ряд вишен по морозостойкости.

Реально внешние и внутренние условия при эволюции ви­дов заданы независимо от неё. Они определяют в переменных инфор­ма­ции и семантической информации линии  А  на рис. 3.4. Форма жизни, которая окажется устойчивой, возможна при пересечениях с траекторий усло­вий  А областей внут­­­ренних условий, совместимых с устойчивостью существования ви­да,. Эти пересечения да­ют дискретное множе­ст­во областей в форме возможных реализаций видов жи­вых организмов. Поэтому дарвиновская непрерывная эволюция, как пра­вило, не может дать вуль­гар­но наблюдаемых пере­ход­­ных форм.

В своём большинстве переходные фор­мы настолько нежизне­спо­собны, что, например, у млекопитающих, как правило, приводят к ги­бе­ли плода до рождения или да­же к невозможности оплодо­тво­рения. При этом их “переход­ность”, отнюдь, не в промежуточных вариантах дли­ны ног или шеи. Это примитивная вульгаризация. Переходность вы­ра­жают слож­ные измене­ния кровообращения, дыхания, гормональных сис­тем, систем размноже­ния. Наблюдаем только результат – тот вид жиз­ни, ко­то­рый стал тако­вым, то есть может размножаться и выживать – запом­нен с помощью раз­­множения. Но это уже не есть переходная фор­ма – это новый вид, со­от­ветствующий принципам таксономической клас­си­фи­кации. В нём, в частно­сти (но не обязательно), эволюци­он­ность прин­ци­пиальных для вы­жи­­ва­ния особенностей метаболиз­ма может содер­жать­ся в пря­мом смысле математической непрерывности. Однако это не исклю­ча­ет скачка вульгарно наблюдаемых признаков. Ис­кать, тем более методами палеонтологии, пе­ре­ход­ные формы, сопровож­да­ющие естест­вен­ный отбор, и провозгла­шать, что их отсут­ствие опро­вер­гает дарви­низм – это есть вульгаризация. Переходные формы потому и переход­ные, что они неустойчивые – не могут оставить следов.

Эволюция имеет два принципиально отличных способа реали­за­ции. В силу второго начала термо­ди­намики и принципа мак­си­мума произ­водства энтропии – самых фун­да­ментальных законов при­ро­ды – понятие об эволюции содержит в себе две состав­ля­ющие:

иерархические скачки на основе принципа максимума произ­водства энтропии, в которых переходных форм быть не может;

непрерывную оптимизирующую эволюцию внутри иерархи­чес­ких ступеней (между скачками) с неустойчивыми (а потому ненаб­лю­даемыми) пе­ре­ходными формами. 

Первая составляющая в перечислении скач­ки. Преемственность в них содержится в семантической инфор­ма­ция, задаваемой условиями взаимодействий макромо­ле­кул на физико-химическом уровне.

Вторая из составляющих иерархи­чес­ко­го роста энтро­пии – опти­ми­зация систем – происходит с участием после­до­вательности не­наблю­да­емых (не­жиз­неспособных) пе­ре­ходных форм. Синтезированную ин­фор­мацию о них определяют про­цессы, пояснённые в связи с рис. 3.4. Су­ществует наблюдаемая после­дова­тель­ность близких видов, перехо­дя­щих друг в друга, или виды разде­ля­ют скачки наблюдаемых признаков – это зависит от конкретных подроб­ностей строения исходных видов и их вза­имодействий с окружающей сре­­дой  траектория возможных измене­ний видов (рис. 3.4) и её пере­се­чения с траекторией  А, описывающей внешние и внутренние условия. И то, и другое – скачки и непрерывность  реальны. И то, и другое не про­ти­воречит дар­ви­низму. При дарвиновс­ком оптимизирующем естест­вен­ном от­бо­­ре нет альтерантивы – ли­бо только скачки, либо только непрерывная эволю­ция. При анализе эво­лю­ции ви­дов необ­ходим конкрет­ный учё­т не только усло­вий внеш­них (вуль­гарно наб­лю­да­е­мых), но и внутренних (неза­метных невоору­жён­­ным глазом).

В предыдущей главе было рассмотрено сочетание семантической информации и собственно информации (скачки и эволюция) на уровне пред­биологической и первых ступеней биологической эволюции. След­ст­вие этого – жизнь возникает закономерно с высокой вероятно­стью. Если подходить к дарвинизму строго, а не “извращать чужие мыс­ли”, то в сов­ременной природе должны сохраняться эквиваленты самозарож­де­ния жизни на уровне первых сту­пеней соб­ст­вен­но биоло­ги­чес­кой эво­лю­ции. Они есть достоверно и в относительно большом чис­ле. В главе V я приведу такие реаль­ные случаи и отвеча­ю­щие им условия.

В биологии определения вида, которое бы удовлетворяло всех (не­с­мотря на время, которое прошло от Дарвина до наших дней), пока ещё нет. С точки зрения случайностей мож­но было бы ввести определение:   вид есть совокупность идивидуумов и по­пуляций, отличия внутри ко­торых не выходят за пределы гауссовского закона для распределения слу­­чайностей. Если кто-то упрекнёт меня, что это определение не сво­бод­но от не­дос­татков извест­ных определений, то спорить не буду. Цель этого опре­деления только в том, чтобы проиллюстрировать роль случай­ностей с точки зрения изложенного выше.

Обычно определения видов основывают на невозможности скре­щи­вания особей.  Однако есть разные виды живых орга­низмов, у кото­рых особи могут скрещиваться между собой, давая жизнеспособное по­том­ст­во (например волки и собаки). Для них, иногда, можно проследить прак­ти­чески непрерыв­ную эво­лю­цию приз­на­ков. Тем не менее таксоно­ми­чес­ки эти виды принимаются разными. Но ведь именно такие виды и есть в строгом смысле – переходные фор­мы. Это ещё раз подчеркивает вульгаризацию при современных об­суж­дениях переход­ных форм в дар­ви­новском естественном отборе.

 Пояснения в связи с гауссовским законом, кото­рые даны вы­ше, не полны. К ним я вернусь в главе IV. Здесь продолжу примеры осо­бен­но­с­­тей некоторых форм жизни в тер­ми­нах мор­фо­ло­ги­чес­ких при­з­наков.