<< Пред. стр. 1 (из 6) След. >>
Rupert Sheldrake
A New Science of Life
The Hypothesis of Formative Causation
Руперт Шелдрейк
Новая наука о жизни
РИПОЛ
КЛАССИК
Москва
2005
Шелдрейк Руперт
Ш42 Новая наука о жизни/ Пер. с англ. Е. М. Егоровой.— М.: РИПОЛ классик, 2005.— 352 с: ил.— (Ноосфера).
ISBN 5-7905-3692-1
Книга Р. Шелдрейка по праву считается на Западе сенсационной. Переведенная на многие языки мира, работа Шелдрейка содержит принципиально новое объяснение феномена жизни, основывающееся не на редукционистско-механическом подходе к объяснению явлений бытия, а на признании существования в природе духовного, трансцендентального жизненного начала.
Книга предназначена для читателей, интересующихся теоретическими проблемами естествознания (биологии, биохимии, физики), а также психологии и философии.
УДК 573
ББК20
Научно-популярное издание Серия «Ноосфера»
Генеральный директор издательства С. М. Макаренков
Редактор Е. Б. Дементьева
Художественное оформление: Е. А. Калугина
Компьютерная верстка: В. Б. Пягай
Технический редактор Е. А. Крылова
Корректор Т. Е. Антонова
Подписано в печать с готовых диапозитивов 08.07.05 г.
Формат 84x108/32. Гарнитура «BalticaC».
Печ. л. 11. Тираж 3000 экз.
Заказ № 3138
Адрес электронной почты: info@ripol.ru Сайт в Интернете: www.ripol.ru
ООО «ИД «РИПОЛ классик»
107140, Москва, Краснопрудная ул., д. 22а, стр. 1
Изд. лиц. № 04620 от 24.04.2001 г.
От оцифровщика. Отличия от оригинала:
1) Концевые сноски (примечания) преобразованы в обычные (перемещены на текущую страницу);
2) Перемещено с конца книги в начало «Содержание»
Содержание
Предисловие ко второму изданию 5
Предисловие к первому изданию 6
Введение 7
Глава 1 Нерешенные проблемы биологии 10
1.1. Предпосылки успеха 10
1.2. Проблемы морфогенеза 11
1.3. Поведение 13
1.4. Эволюция 14
1.5. Происхождение жизни 15
1.6. Недостатки физического объяснения 16
1.7. Психология 16
1.8. Парапсихология 18
1.9. Выводы 18
Глава 2 Три теории морфогенеза 19
2.1. Описательное и экспериментальное исследование 19
2.2. Механизм 21
2.3. Витализм 26
2.4. Органицизм 30
Глава 3 Причины формы 33
3.1. Проблема формы 33
3.2. Форма и энергия 36
3.3. Предсказание химических структур 38
3. 4. Формативная причинность 42
Глава 4 Морфогенетические поля 45
4.1. Морфогенетические зародыши 45
4.2. Химический морфогенез 47
4.3. Морфогенетические поля как вероятностные структуры 49
4.4. Вероятностные процессы в биологическом морфогенезе 50
4.5. Морфогенетические зародыши в биологических системах 53
Глава 5 Влияние прошлых форм 54
5.1. Постоянство и повторяемость форм 54
5.2. Общие соображения о возможности трансвременных причинных связей 56
5.3. Морфический резонанс 56
5.4. Влияние прошлого 57
5.5. Значение прерывистого морфического резонанса 60
5.6. Возможный экспериментальный тест 61
Глава 6 Формативная причинность и морфогенез 63
6.1. Последовательный морфогенез 63
6.2. Полярность морфогенетических полей 64
6.3. Размеры морфогенетических полей 65
6.4. Возрастающая специфичность морфического резонанса в процессе морфогенеза 66
6.5. Сохранение и стабильность форм 66
6.6. Замечание о физическом дуализме 67
6.7. Обобщение гипотезы формативной причинности 68
Глава 7 Наследование формы 70
7.1. Генетика и наследственность 70
7.2. Измененные морфогенетические зародыши 71
7.3. Измененные пути морфогенеза 73
7.4. Доминирование 74
7.5. Семейные сходства 76
7.6. Эффекты окружения и морфический резонанс 77
7.7. Наследование приобретенных признаков 78
Глава 8 Эволюция биологических форм 79
8.1. Неодарвинистская теория эволюции 79
8.2. Мутации 81
8.3. Дивергенция хреод 82
8.4. Подавление хреод 84
8.5. Повторение хреод 85
8.6. Влияние других видов 86
8.7. Источник новых форм 87
Глава 9 Движения и моторные поля 88
9.1. Введение 88
9.2. Движения растений 89
9.3. Амебоидное движение 91
9.4. Повторяющийся морфогенез специализированных структур 92
9.5. Нервные системы 93
9.6. Морфогенетические поля и моторные поля 95
9.7. Моторные поля и чувства 97
9.8. Регуляция и регенерация 98
Глава 10 Инстинкт и обучение 99
10.1. Влияние прошлых действий 99
10.2. Инстинкт 101
10.3. Знаковые стимулы 102
10.4. Обучение 104
10.5. Врожденное стремление учиться 106
Глава 11 Наследование и эволюция поведения 107
11.1. Наследование поведения 107
11.2. Морфический резонанс и поведение: экспериментальная проверка 109
11.3. Эволюция поведения 113
11.4. Поведение человека 115
Глава 12 Четыре возможных вывода 117
12.1. Гипотеза формативной причинности 117
12.2. Модифицированный материализм 117
12.3. Сознательное «я» 119
12.4. Творящая Вселенная 121
12.5. Трансцендентная реальность 122
Приложение (Публикуется с сокращениями) 122
Послесловие 143
Литература 153
Предисловие ко второму изданию
Публикация этой книги вызвала широкую дискуссию, отчасти стимулированную полемикой, разразившейся через несколько месяцев после ее выхода из печати. В редакционной статье в «Нейчур», озаглавленной «Книга для сожжения?», наиболее серьезным возражением было то, что «у многих читателей останется впечатление, что Шелдреику удалось в научной дискуссии найти место для магии». Утверждение, что гипотеза формативной причинности может быть проверена экспериментально, было объявлено абсурдным. Затем в «Нейчур» последовало оживленное обсуждение на страницах для писем. С другой стороны, «Нью Сайентист» назвал гипотезу «хорошей наукой» и уделил ей серьезное внимание. Дискуссия продолжалась в прессе, на радио и телевидении. Подобные же дебаты происходили в Соединенных Штатах и Западной Европе. Были опубликованы переводы этой книги на датский, французский, немецкий и шведский языки; скоро появится перевод на японский.
Тем временем на ряде симпозиумов и конференций, особенно в Соединенных Штатах, некоторые применения этих идей исследовались учеными разных специальностей, а также философами. Было организовано несколько семинаров для создания новых методов экспериментальной проверки.
В октябре 1982 года Тэрритаунская Группа Нью-Йорка объявила приз в 10 000 долларов за лучший тест выдвинутой гипотезы, который должен быть завершен до 1 января 1986 года. Датский фонд предлагает для того же конкурса второй приз в 5 000 долларов. Конечно, заявки на участие могут работать как за, так и против проверяемой гипотезы. Они будут оцениваться международным жюри судей, в которое входят: д-р Дэвид Бом, профессор физики Биркбек Колледжа, Лондон; д-р Марко де Вриз, профессор патологии Университета Эразма, Роттердам; д-р Дэвид Димер, профессор зоологии Калифорнийского университета, Дэвис; и д-р Майкл Овенден, профессор астрономии Университета Британской Колумбии.
В то же время, когда был объявлен Тэрритаунский приз, «Нью Сайентист» объявил конкурс на лучшие предложения по организации эксперимента, с акцентом на такие, которые будет дешевле и легче всего осуществить. Было получено множество заявок со всего света, и победители были выбраны жюри, состоявшим из психолога, биолога и физика: д-ра Алана Голда из Ноттингэмского университета, профессора Стивена Роуза из Открытого университета и профессора Мартина Риза из Кембриджского университета. Победителями стали д-р Ричард Джентл из Ноттингэмского политехникума, д-р Сьюзен Блэкмор из Бристольского университета и д-р Верной Непп из медицинской школы Корнелльского университета, Нью-Йорк.
Многие из предложенных экспериментов касались способности человека к обучению; такими были две из выигравших заявок. В последующей дискуссии были предложены эксперименты других типов, наиболее плодотворными оказались идеи д-ра Ника Хамфри. Он высказал мысль, что если гипотеза верна, то для людей, должно быть, легче угадать скрытые изображения на картинках-загадках, после того как их уже раньше отгадало множество других людей. Летом 1983 года телевидение Темзы дало возможность проверить существование этого эффекта. Результаты показали, что, после того как ответ был показан двум миллионам зрителей в Британии, угадать его стало легче другим людям по всему миру. Для контрольной картинки, которая не была показана по телевидению, существенного увеличения процента отгадавших не наблюдалось. Аналогичный эксперимент большего масштаба только что был проведен в сотрудничестве с телевидением Би-Би-Си.
Опубликованные комментарии и дискуссии по гипотезе встречаются в разных газетах и периодических изданиях. Мои издатели и я полагаем, что некоторые из них могут быть интересны читателям этой книги, и потому мы их привели в Приложении к настоящему изданию. Два первых раздела Приложения содержат комментарии, полемику и дискуссии. В разделе «Конкурсы» приведены результаты конкурса, проведенного «Нью Сайентист», а также некоторые подробности Тэрритаунского приза. Наконец, в «Экспериментах» даны результаты теста 1983 года со скрытым изображением из «Нью Сайентист» и эксперимента, недавно прошедшего на телевидении Би-Би-Си.
Множество других экспериментов проводятся по всему миру, некоторые в области психологии, некоторые в биологии, молекулярной биологии и химии. Я ожидаю, что через несколько лет можно будет выяснить, продвигает ли нас гипотеза формативной причинности в верном направлении.
Ньюарк-на-Тренте
Март 1985
Предисловие к первому изданию
Большинство биологов принимает на веру, что живые организмы есть не что иное, как сложные машины, управляемые только известными законами физики и химии. Я и сам долго разделял эту точку зрения. Но в течение нескольких лет пришел к выводу, что такое допущение вряд ли можно считать справедливым. Так как, если еще столь мало действительно понято, всегда остается возможность того, что по крайней мере некоторые явления жизни зависят от законов или факторов, до сих пор неизвестных физическим наукам.
Чем более я размышляю о нерешенных проблемах биологии, тем более обретаю уверенность в том, что принятый сейчас традиционный подход страдает чрезмерной ограниченностью. Я начал с того, что стал представлять себе в общих чертах более широкую науку о жизни. И тогда постепенно стала оформляться гипотеза, описанная на последующих страницах. Подобно любой новой гипотезе, она по существу спекулятивна, и ее ценность может быть определена лишь после того, как она будет проверена экспериментально.
Мой интерес к этим проблемам возник благодаря тому, что начиная с 1966 года я участвовал в работе группы ученых и философов, которая занималась исследованиями областей, пограничных между наукой, философией и религией. Эта группа, называвшаяся «Философы богоявления» (Epiphany Philosophers), давала много возможностей для дискуссий на семинарах и неформальных встречах в Кембридже и во время поездок на берег Норфолка, в Тауэр Милл. Среди членов группы я особенно обязан профессору Ричарду Брэйтвэиту, мисс Маргарет Мастермэн, преподобному Джеффри и миссис Глэдис Кибл, мисс Джоан Миллер, д-ру Тэду Бэстину, д-ру Кристоферу Кларку и профессору Дороти Эммет, редактору «Теории теорий», периодического издания этой группы.
С 1974 по 1978 год, когда я работал в Индии в Международном институте исследований урожайных культур в полупустынных тропиках, у меня было много плодотворных дискуссий с друзьями и коллегами в Хайдерабаде, а покойная миссис Дж. Б. С. Хэлдэйн великодушно предоставила мне возможность пользоваться ее библиотекой.
Первая версия этой книги была написана во время полуторагодичного пребывания в Шантиванам Ашраме, в районе Трихонополи, Тамил Наду. Я благодарен членам общины за то, что они помогли сделать мою жизнь там столь счастливой, и я признателен более, нежели можно выразить словами, преподобному Беду Гриффитсу, которому посвящена эта книга. Мисс Дина Нанавати из библиотеки Британского консульства в Бомбее любезно снабжала меня нужной литературой.
В написании и редактировании второго варианта книги, после возвращения в Англию, мне очень помогли советами мои друзья, а критикой и замечаниями — более пятидесяти человек, читавших разные фрагменты. Особо я хотел бы поблагодарить м-ра Энтони Эппиа, д-ра Джона Белова, профессора Ричарда Брэйтвейта, д-ра Кейта Кэмпбелла, миссис Дженни-фер Чэмберс, д-ра Кристофера Кларка и других.
Я очень благодарен д-ру Кейту Робертсу за рисунки и диаграммы для этой книги. Д-р Питер Лоуренс любезно предоставил плодовых мушек, на которых основаны изображения на рис. 17, а м-р Брайан Сноад — листья гороха, показанные на рис. 18.
Я благодарен д-ру Мохаммеду Ибрагиму, миссис Пэт Тоберн и миссис Эйтне Томпсон за печатание текста, а м-ру Филипу Кестлмэну и миссис Дженни Рид — за помощь в чтении верстки.
Хайдерабад
Март 1981
Введение
В настоящее время ортодоксальный подход в биологии представлен механистической теорией жизни: живые организмы рассматриваются как физико-химические машины и считается, что все явления жизни в принципе могут быть объяснены на языке физики и химии. Эта механистическая парадигма, безусловно, не нова; фактически, она преобладает в науке уже около столетия. Главная причина того, почему ее придерживается большинство биологов, состоит в том, что она работает; эта парадигма предлагает способ мышления, в пределах которого вопросы о физико-химических механизмах жизненных процессов могут быть поставлены и разрешены.
Тот факт, что этот подход привел к очевидным успехам, таким как раскрытие генетического кода, является сильным аргументом в ее пользу. Тем не менее критики выдвигают серьезные основания для сомнений в том, что все феномены жизни, включая поведение человека, могут быть когда-либо объяснены только с механистических позиций. Но, даже если бы механистический подход был признан существенно ограниченным не только практически, но и принципиально, он не мог бы быть просто отвергнут; сегодня это единственный подход, доступный для экспериментальной биологии, и несомненно, что он будет использоваться и далее, пока не появится какая-либо позитивная альтернатива.
Любая новая теория, способная выйти за рамки механистической теории, должна будет предложить нечто большее, нежели утверждение, что жизнь включает качества или факторы, не известные в настоящее время физическим наукам: она должна будет сказать, какого рода эти качества или факторы, как они действуют и какое отношение они имеют к известным физико-химическим процессам.
Простейшим способом изменения механистической теории могло бы быть предположение, что явления жизни зависят от причинного фактора нового типа, не известного физическим наукам, который взаимодействует с физико-химическими процессами в живых организмах. На протяжении нашего столетия предлагалось несколько версий такой виталистической теории, но ни одна из них не преуспела в том, чтобы предложить новые эксперименты. Если считать, цитируя сэра Карла Поппера (английского философа и социолога середины XX века. — Прим. пер.), что «критерием научного статуса теории является ее фальсифицируемость, или отвергаемость, или проверяемость», то витализм как теория не состоялся.
Организмическая, или холистическая, философия дает основания для еще более радикального пересмотра механистической теории. Эта философия отрицает, что все во Вселенной может быть объяснено снизу вверх, то есть через свойства атомов или фактически любых гипотетических неделимых частиц материи. Скорее, она признает существование иерархически организованных систем, на каждом уровне сложности обладающих свойствами, которые не могут быть полностью объяснены свойствами их частей, изолированных друг от друга; на каждом уровне целое больше суммы своих частей. Об этих «целых» можно думать как об «организмах», используя этот термин исключительно в широком смысле и включая не только животных и растения, органы, ткани и клетки, но также кристаллы, молекулы, атомы и субатомные частицы. В сущности, эта философия предлагает замену парадигмы машины на парадигму организма в биологических и физических науках. Известна фраза А. Н. Уайтхэда (английского логика, философа и математика, 1861 — 1947.— Прим. пер.): «Биология есть изучение больших организмов, тогда как физика есть изучение меньших организмов».
Различные версии организмической философии защищались многими мыслителями, включая биологов, в течение более чем пятидесяти лет. Но если органицизм должен оказывать нечто большее, нежели поверхностное влияние на естественные науки, он должен быть способен сделать проверяемые предсказания. Однако до сих пор он еще этого не сделал.
Причины такой неудачи выявляются наиболее отчетливо в тех областях биологии, где организмическая философия приобрела наибольшее влияние, а именно в эмбриологии и биологии развития. Из выдвинутых до настоящего времени положений органицизма наиболее значительным является идея о существовании морфогенетических полей. Предполагается, что эти поля помогают объяснить или описать возникновение характерных форм эмбрионов и других развивающихся систем. Проблема в том, что эта идея используется двусмысленно. Сам термин, казалось бы, предполагает существование физического поля нового типа, которое играет роль в развитии формы. Но некоторые теоретики органицизма отрицают, что они вводят положение о существовании какого-либо нового вида поля, величины или фактора, до сих пор не обнаруженного физикой; скорее, они используют эту организмическую терминологию для создания нового способа обсуждения сложных физико-химических систем. Кажется маловероятным, чтобы такой подход смог много дать. Концепция морфогенетических полей может иметь практическую научную ценность, только если она ведет к проверяемым предсказаниям, которые отличаются от предсказаний обычной механистической теории. А такие предсказания не могут быть сделаны, если не принять, что морфогенетические поля вызывают измеряемые эффекты.
Гипотеза, выдвигаемая в этой книге, основана на идее о том, что морфогенетические поля действительно вызывают измеряемые физические эффекты. Она предполагает, что специфические морфогенетические поля ответственны за характерные форму, структуру и организацию систем на всех уровнях сложности не только в сфере биологии, но также в области физики и химии. Эти поля упорядочивают системы, связанные с ними, оказывая влияние на события, которые с энергетической точки зрения кажутся неопределенными или вероятностными; эти поля налагают определенные ограничения на энергетически возможные результаты физических процессов.
Если морфогенетические поля ответственны за организацию и форму материальных систем, они сами должны иметь характерные структуры. Но откуда берутся эти поля-структуры? Предлагаемый ответ состоит в том, что они возникают из морфогенетических полей, связанных с предшествующими подобными системами: морфогенетические поля всех прошлых систем становятся настоящими для любой последующей подобной системы. Структуры прошлых систем влияют на последующие подобные системы, причем влияние это накапливается и действует как через пространство, так и через время.
Согласно этой гипотезе, системы организованы так, как они есть, потому что подобные системы были таким же образом организованы в прошлом. Например, молекулы сложного органического соединения кристаллизуются данным характерным образом, потому что это вещество так же кристаллизовалось раньше; растение принимает форму, характерную для своего вида, поскольку ранее такую форму принимали представители этого вида; животное инстинктивно ведет себя определенным образом, потому что подобные животные так же вели себя в прошлом.
Гипотеза рассматривает повторение форм и способов организации; вопрос о причине этих форм и способов организации она не затрагивает. На этот вопрос могут быть даны различные ответы, но все они кажутся в равной степени согласующимися с предложенным способом повторения.
Из этой гипотезы может быть выведено множество проверяемых предсказаний, которые разительно отличаются от предсказаний привычной механистической теории. Достаточно будет одного примера: если какое-нибудь животное, скажем крыса, обучается новому способу поведения, то у других подобных крыс (той же породы, выращенных в тех же условиях и т. д.) будет наблюдаться тенденция к более быстрой обучаемости этому способу поведения. Чем больше число крыс, научившихся выполнять новое задание, тем легче будет научиться его выполнять любой следующей крысе. Так, например, если тысячи крыс научились выполнять новое задание в Лондоне, подобные же крысы должны быстрее научиться выполнять это задание в любой другой лаборатории где-либо еще. Если бы скорость обучения крыс в другой лаборатории, скажем в Нью-Йорке, определялась до и после обучения крыс в Лондоне, крысы, испытываемые во втором случае, должны были бы обучаться быстрее, чем те, которые обучались первыми. Этот эффект должен иметь место в отсутствие какого-либо известного способа физической связи или сообщения между двумя лабораториями.
Такое предсказание может показаться настолько невероятным, что его можно счесть абсурдным. И тем не менее примечательно, что уже есть результаты лабораторных исследований на крысах, свидетельствующие о том, что предсказанный эффект действительно существует.
Эта гипотеза, названная гипотезой формативной причинности, предлагает интерпретации многих физических и биологических феноменов, радикально отличающиеся от интерпретаций существующих теорий, и позволяет увидеть в новом свете множество хорошо известных проблем. В настоящей книге дано предварительное изложение этой гипотезы; обсуждаются также некоторые ее приложения и различные способы проверки.
Глава 1
Нерешенные проблемы биологии
1.1. Предпосылки успеха
Цель механистического подхода в биологическом исследовании особенно ясно была выражена более ста лет назад Томасом Хаксли в следующем определении:
«Зоологическая физиология — это доктрина функций или действий животных. Она рассматривает тела животных как машины, побуждаемые к действию различными силами и совершающие некоторое количество работы, которую можно выразить на языке обычных сил природы. Конечная цель физиологии состоит в том, чтобы вывести факты морфологии, с одной стороны, и факты экологические — с другой из законов молекулярных сил вещества».
Такие идеи прослеживаются во всем последующем развитии физиологии, биохимии, биофизики, генетики и молекулярной биологии. Эти науки во многих отношениях достигли блестящих успехов, и более всех молекулярная биология. Открытие структуры ДНК, разгадка генетического кода и выяснение механизма синтеза белка стали впечатляющими подтверждениями применимости механистического подхода.
Наиболее ярко выраженными и влиятельными из современных сторонников механистической теории являются молекулярные биологи. Их изложение теории обычно начинается с краткого отстранения от дел виталистических и организмических теорий. Они объявляются пережитками примитивных верований, которые обречены отступать все дальше и дальше, по мере продвижения механистической биологии. Затем рассуждения строятся следующим образом.
Химическая природа генетического материала, ДНК, теперь известна, и известен также генетический код, определяющий последовательность аминокислот в белках. Механизм синтеза белка уже понят достаточно глубоко. Сейчас раскрыта структура многих белков. Все ферменты — белки, а ферменты катализируют сложные цепи и циклы биохимических реакций, которые образуют метаболизм организма. Метаболизм контролируется биохимической обратной связью; известно несколько механизмов, которые могут регулировать скорость ферментативных реакций. Белки и нуклеиновые кислоты самопроизвольно агрегируют с образованием таких структур, как вирусы и рибосомы. Если набор свойств белков, а также свойств других физико-химических систем, таких как липидные мембраны, станет известен, свойства живых клеток могут быть в принципе полностью объяснены.
Ключом к решению проблем дифференциации и развития, о которых пока известно очень мало, является понимание механизма контроля синтеза белка. Способ контроля синтеза некоторых метаболических ферментов и других белков в деталях установлен для бактерии Escherichia coli. В высших организмах контроль синтеза белка осуществляется с помощью более сложных механизмов, но они скоро будут раскрыты. Таким образом, дифференциация и развитие должны быть объяснимы с помощью серий химически управляемых «переключателей», которые «включают» и «выключают» гены или группы генов.
Способ приспособления частей живых организмов к функциям целого, а также явная целенаправленность структуры и поведения живых организмов могут быть объяснены случайными генетическими мутациями, за которыми следует естественный отбор; при этом отбираются гены, увеличивающие способность организма выживать и воспроизводить; вредные мутации исключаются. Так неодарвинистская теория эволюции может объяснить целенаправленность; совершенно необязательно предполагать, что здесь участвуют какие-либо таинственные «витальные факторы». Очень мало известно о функционировании центральной нервной системы, но со временем, благодаря успехам биохимии, биофизики и электрофизиологии, станет возможным объяснить то, что мы называем разумом, на языке механизмов физико-химических процессов в мозге. Таким образом, живые организмы в принципе полностью объяснимы в терминах физики и химии. То, что мы сегодня не понимаем в механизмах развития и в деятельности центральной нервной системы, является следствием невероятной сложности этих проблем; но теперь, вооруженные новыми мощными концепциями молекулярной биологии и компьютерными моделями, мы можем взяться за решение этих задач в таких масштабах и такими способами, которые раньше были недоступны.
В свете прошлых успехов вполне понятны оптимизм и уверенность в том, что все проблемы биологии могут быть до конца решены с позиций механистического подхода. Но реалистическая оценка перспектив механистического объяснения должна опираться на нечто более серьезное, нежели историческая экстраполяция; такая оценка может быть сформирована только после рассмотрения важнейших проблем биологии и способов, которыми они предположительно могут быть решены.
1.2. Проблемы морфогенеза
Биологический морфогенез можно определить как «появление характерной и специфической формы в живых организмах». Первая проблема есть именно та, что форма обретает существование. Биологическое развитие эпигенетическое: появляются новые структуры, которые не могут быть объяснены как результат развертывания или роста структур, которые уже присутствуют в яйце в начале развития.
Вторая проблема состоит в том, что многие развивающиеся системы способны регулировать, другими словами, если часть развивающейся системы удаляется (или если добавляется дополнительная часть), система продолжает развиваться таким образом, что образуется более или менее нормальная структура. Классическая демонстрация этого явления была проведена в 1890-е годы Г. Дришем в его экспериментах на эмбрионах морского ежа. Когда одну из клеток очень молодого эмбриона на двухклеточной стадии развития убивали, из оставшейся клетки развивалась не половина морского ежа, но совершенно целый морской еж, хотя и меньшего размера. Точно так же маленькие, но целые организмы развивались после разрушения любых одной, двух или трех клеток эмбриона на четырех-клеточной стадии. Напротив, после слияния двух молодых эмбрионов морского ежа развивался один гигантский морской еж.
Регуляция была продемонстрирована на многих развивающихся системах. Однако в процессе развития организма эта способность утрачивается, когда определяется судьба его отдельных частей. Но даже в системах, где эта детерминированность имеет место на ранней стадии, например в эмбрионах насекомых, регуляция может осуществляться после повреждения яйца (рис. 1).
Результаты такого типа показывают, что развивающиеся системы движутся к морфологической цели и что они обладают некоторым свойством, которое определяет эту цель и позволяет им достичь ее, даже если части системы удалены и созданы препятствия для нормального хода развития.
Рис. 1. Пример регуляции. Слева — нормальный эмбрион стрекозы Platycnemis pennipes. Справа — небольшой, но полноценный эмбрион, полученный из задней части яйца, перетянутого в середине вскоре после его откладывания (из Weiss, 1942)
Третья проблема — это регенерация, то есть способность организмов заменять или восстанавливать поврежденные структуры. Растения обнаруживают удивительно широкий диапазон возможностей регенерации, и то же можно сказать о низших животных:
например, если плоского червя разрезать на несколько кусочков, из каждого может вырасти целый червь. Даже многие позвоночные обладают поразительными способностями к регенерации: например, если хирургическим путем удалить линзу из глаза тритона, из края радужной оболочки вырастает новая линза (рис. 2); при нормальном эмбриональном развитии линза образуется совершенно другим путем, из клеток кожи. Этот тип регенерации был впервые обнаружен Г. Вольфом. Он умышленно выбрал такой вид повреждения организма, который не мог случайно произойти в природе; поэтому такой регенеративный процесс не мог быть предметом естественного отбора.
Рис. 2. Регенерация линз из границ радужной оболочки глаза тритона после хирургического удаления природной линзы (Needham, 1942)
Четвертая проблема — это просто сам факт воспроизведения: отдельная часть родительского организма становится новым организмом, часть становится целым.
Эти явления могут быть понятны, только если допустить наличие причинных сущностей, которые составляют нечто большее, нежели сумма частей развивающихся систем, и определяют цели процессов развития.
Виталисты приписывают эти свойства витальным факторам, органицисты — морфогенетическим полям, механицисты — генетическим программам.
Концепция генетических программ основана на аналогии с программами, определяющими работу компьютеров. Она предполагает, что оплодотворенное яйцо содержит предварительно сформированную программу, которая каким-то образом определяет морфогенетические задачи организма, а также координирует и контролирует его развитие в направлении, соответствующем этим задачам. Но генетическая программа должна включать нечто большее, чем химическую структуру ДНК, поскольку идентичные копии ДНК передаются всем клеткам; если бы все клетки были запрограммированы одинаково, они не могли бы развиваться различным образом. Тогда что же такое это нечто? Чтобы ответить на этот вопрос, основополагающую идею приходится представлять в виде отдельных неопределенных предположений о физико-химических взаимодействиях, каким-то образом структурированных во времени и пространстве; иначе говоря, проблема лишь предстает в иной формулировке.
Существует и другое серьезное затруднение. Компьютерная программа закладывается в компьютер разумным сознательным существом, программистом. Она создается и записывается для достижения определенной цели. Если генетическая программа рассматривается как аналог компьютерной программы, то тогда должна существовать некая целенаправленно действующая сущность, исполняющая роль программиста. Но если предположить, что генетические программы аналогичны не обычным компьютерным программам, а программам самовоспроизводящихся, самоорганизующихся компьютеров, тогда проблема состоит в том, что таких компьютеров просто не существует. А если бы даже они существовали, то должны были бы быть невероятно сложным образом запрограммированы теми, кто их изобрел. Единственный выход из этой дилеммы — утверждать, что генетическая программа построена в ходе эволюции путем сочетания случайных мутаций и естественного отбора. Но тогда подобие с компьютерной программой исчезает и эта аналогия становится бессмысленной.
Ортодоксальные механицисты отвергают идею, что кажущееся целенаправленным поведение развивающихся, регулирующих и регенерирующих организмов указывает на присутствие витального фактора, который ведет их к достижению морфологических целей. Но до тех пор, пока механистические объяснения зависят от телеологических концепций, таких как генетические программы или генетические инструкции, целенаправленность может быть объяснена только тем, что она уже была заложена в них ранее. Действительно, свойства, приписываемые генетическим программам, удивительно похожи на те, которыми виталисты наделяют свои гипотетические витальные факторы; ирония в том, что генетические программы оказываются весьма похожими на витальный фактор в механистическом облике.
Конечно, тот факт, что биологический морфогенез в настоящее время не может быть объяснен в строго механистическом духе, не доказывает, что он не может быть так объяснен никогда. Перспективы получения такого объяснения рассматриваются в следующей главе. Но на сегодняшний день убедительный ответ с механистических позиций дать невозможно.
1.3. Поведение
Если проблемы морфогенеза пугающе сложны, то еще более трудно разрешимы проблемы поведения. Во-первых, инстинкт. Обратите внимание, например, как пауки могут плести паутину, не учась этому у других пауков. Или посмотрите, как ведут себя европейские кукушки. Их птенцов выводят и воспитывают птицы других видов, и молодые кукушата никогда не видят своих родителей. В конце лета взрослые кукушки летят к своим зимним гнездовьям в Южной Африке. Примерно через месяц молодые кукушки собираются в стаи и также летят в соответствующий район Южной Африки, где присоединяются к своим старшим собратьям. Они инстинктивно знают, что должны мигрировать и когда именно; они инстинктивно узнают друг друга, собираясь в стаи; и они знают, в каком направлении надо лететь и где их место назначения.
Во-вторых, существует проблема, поставленная многочисленными примерами регуляции поведения, в которых более или менее нормальный результат достигается, несмотря на изменения в частях биологической системы. Например, собака после ампутации ноги регулирует свою двигательную активность так, что она может ходить на трех лапах. Другая собака после удаления части одного из полушарий мозга постепенно восстанавливает большинство из своих прежних способностей. Третья — преодолевает препятствия, произвольно поставленные на ее пути. Но все три собаки могут пройти от одного места до другого, к которому хотят добраться, несмотря на повреждения их двигательных органов, центральной нервной системы или изменения их окружения.
В-третьих, есть проблема обучения и разумного поведения; появляется новый способ поведения, который, очевидно, не может быть полностью объяснен предшествующими причинами.
Гигантская пропасть незнания лежит между всеми этими феноменами и установленными фактами молекулярной биологии, биохимии, генетики и нейрофизиологии. Как, например, миграционное поведение молодых кукушек можно исчерпывающе объяснить на языке ДНК и синтеза белка? Очевидно, удовлетворительное объяснение потребует большего, нежели демонстрация того, что соответствующие гены, содержащие определенные последовательности оснований в ДНК, были необходимы для этого поведения или что поведение кукушат зависело от электрических импульсов в нервах; оно потребует некоторого понимания связей между специфическими последовательностями оснований в ДНК, нервной системой птиц и их миграционным поведением. На сегодняшний день такая связь может быть определена лишь с помощью все тех же неуловимых сущностей, которые «объясняют» все явления морфогенеза: витальных факторов, морфогенетических полей или генетических программ.
Более того, понимание поведения предполагает понимание морфогенеза. Например, даже если бы все особенности поведения относительно простого низшего животного, скажем червя нематоды, могли быть детально объяснены на языке «электрических схем» (wiring) и физиологии его нервной системы, все же было бы проблемой выяснение того, каким образом нервная система с таким характерным расположением «электрических проводов» возникла в этом животном в процессе его развития.
1.4. Эволюция
Задолго до того, как была задумана менделевская генетика, многие отчетливо выделенные виды и породы домашних животных и растений были выведены путем селективного разведения (скрещивания). Нет причин сомневаться в том, что аналогичное развитие рас и видов происходит в дикой природе под влиянием, скорее, естественного, чем искусственного отбора. Неодарвинистская теория эволюции утверждает, что она может объяснить данный тип эволюции с помощью случайных мутаций. Но даже в рамках механистического мышления невозможно согласиться с тем, что этот тип мало-масштабной или микроэволюции в пределах вида может объяснить происхождение самих видов или родов, семейств и высших таксономических единиц. Представители одного научного направления полагают, что вся крупномасштабная или макроэволюция может быть объяснена с помощью длительных процессов микроэволюции; другая научная школа это отрицает и утверждает, что большие скачки происходят внезапно в процессе эволюции. Но хотя в механистической биологии мнения об относительной значимости в макроэволюции множества малых или нескольких больших мутаций расходятся, существует общее согласие в том, что все эти мутации случайны и что эволюцию можно объяснить с помощью комбинации случайных мутаций и естественного отбора.
Однако эта теория никогда не может быть воспринята иначе, как чисто спекулятивная. Свидетельства об эволюции, поставляемые главным образом ископаемыми (палеонтологией), всегда будут открыты для разнообразных интерпретаций. Например, оппоненты механистической теории могут доказывать, что эволюционные изменения нельзя полностью объяснить с помощью случайных событий, но что они обусловлены действием творческого принципа, не признаваемого механистической наукой. Более того, давления отбора, которые возникают в результате поведения и свойств самих живых организмов, можно рассматривать как зависящие от внутреннего организующего фактора, который по существу своему не механистичен.
Таким образом, проблема эволюции не может быть решена окончательно. Виталистические и организмические теории непременно включают экстраполяцию виталистических и организмических идей, точно так же как неодарвинистская теория содержит экстраполяцию механистических идей. Это неизбежно: эволюция всегда должна будет интерпретироваться в свете идей, которые уже возникли ранее на основе других предпосылок.
1.5. Происхождение жизни
Эта проблема так же неразрешима, как и проблема эволюции, по тем же самым причинам. Во-первых, никогда нельзя точно знать, что происходило в отдаленные времена. Вероятно, всегда будет изобилие спекуляций относительно обстоятельств появления жизни на Земле. Имеющиеся представления по этому вопросу включают: земное происхождение жизни в «первичном бульоне»; заражение Земли микроорганизмами, умышленно принесенными сюда на космическом корабле разумными существами с планеты, находящейся в другой солнечной системе; эволюцию жизни на кометах, содержащих органические вещества, возникшие из межзвездной пыли.
Во-вторых, даже если бы условия, при которых возникла жизнь, могли быть известны, это не пролило бы света на природу жизни. Если бы, предположим, можно было продемонстрировать, что первые живые организмы возникли из неживых агрегатов химических соединений или в результате «гиперциклов» химических процессов, в «первичном бульоне», это все равно не доказывало бы, что такие процессы полностью механистичны. Органицисты всегда могли бы возразить, что возникли новые организмические свойства, а виталисты — что витальный фактор вошел в первую живую систему именно тогда, когда она впервые появилась. Те же аргументы оказались бы пригодными даже в случае, если бы живые организмы могли быть когда-либо синтезированы искусственным путем из химикатов в пробирке.
1.6. Недостатки физического объяснения
Механистическая теория постулирует, что все явления жизни, включая поведение человека, возможно в принципе объяснить на языке физики. Помимо любых проблем, которые могут возникнуть из-за применения отдельных теорий современной физики или из-за конфликтов между ними, этот постулат сомнителен по крайней мере по двум фундаментальным причинам.
Во-первых, механистическая теория могла бы быть применима, только если бы физический мир был причинно замкнут. В отношении человеческого поведения это осуществилось бы в том случае, если ментальные состояния были бы либо вовсе нереальны, либо в некотором смысле идентичны физическим состояниям тела, или протекали бы параллельно с ними, или же представляли бы собой их эпифеномены. Но, с другой стороны, если бы ум был нефизическим и все же причинно действенным, способным взаимодействовать с телом, тогда поведение человека не могло бы быть полностью объяснимо в физических терминах. Возможность того, что ум и тело взаимодействуют, отнюдь не исключается доступными (экспериментальными) свидетельствами: в настоящее время на основе эмпирических данных не может быть сделан определенный выбор между механистической теорией и теорией взаимодействия; с научной точки зрения вопрос остается открытым. Поэтому возможно, что по крайней мере человеческое поведение даже в принципе не может быть полностью объяснено на языке физики. Во-вторых, попытка объяснить умственную деятельность, используя физические термины, предполагает неизбежную «кругообразность», связанную с тем, что сама наука зависит от умственной деятельности. Эта проблема стала очевидной в современной физике в связи с ролью наблюдателя в процессе физического измерения; принципы физики «даже не могут быть сформулированы без обращения (хотя в некоторых вариантах лишь подразумевающегося) к впечатлениям — и, следовательно, к умам наблюдателей» (Б. Д. Эспаньа). Таким образом, поскольку физика предполагает участие умов наблюдателей, эти умы и их свойства не могут быть объяснены на языке физики.
1.7. Психология
В психологии, науке об уме, проблемы взаимоотношения между умом и телом можно избежать, игнорируя существование ментальных состояний. Таков подход школы бихевиоризма, который сосредотачивает свое внимание исключительно на объективно наблюдаемом поведении. Но бихевиоризм не является проверяемой научной гипотезой, это методология. И его никак нельзя считать единственным подходом в психологии.
Другие школы психологии приняли более прямой подход, используя в качестве первичных данных субъективный опыт. Для целей нашего обсуждения нет нужды рассматривать все существующие школы и системы; достаточно будет одного примера, чтобы показать трудности биологии, возникающие при применении психологической гипотезы, разработанной в попытке объяснить эмпирические наблюдения. Психоаналитические школы постулируют, что многие аспекты поведения и субъективного опыта зависят от подсознательного или бессознательного ума. Чтобы объяснить факты, имеющие место в момент пробуждения или во сне, бессознательный ум следует наделить качествами, совершенно отличными от качеств любой известной механической или физической системы. В концепции К. Г. Юнга бессознательный ум даже не ограничен умами индивидуумов, но представляет собой субстрат, общий для всех человеческих умов, или коллективное бессознательное:
«В дополнение к нашему непосредственному (immediate) сознанию, которое имеет строго индивидуальную природу и которое, как мы полагаем, является единственной эмпирически изучаемой психикой (даже если мы присоединяем к нему в качестве приложения персональное бессознательное), существует вторая система психики, которая имеет коллективную, универсальную и безличностную природу и которая одинакова во всех индивидуумах. Это коллективное бессознательное не развивается индивидуально, но наследуется. Оно состоит из предсуществующих форм, архетипов, которые могут стать сознательными лишь вторично (опосредованно), но которые дают определенную форму данному психическому содержанию».
Юнг стремился объяснить наследование коллективного бессознательного физическими причинами, предполагая, что архетипные формы «присутствуют в семенной плазме». Но весьма сомнительно, что что-либо, обладающее свойствами архетипных форм, может быть наследуемо химически в структуре ДНК или в какой-либо иной физической или химической структуре сперматозоидов или яйцеклеток. В действительности, идея коллективного бессознательного не очень осмыслена с точки зрения современной механистической биологии, каковы бы ни были ее преимущества как психологической теории.
Однако нет априорных причин полагать, что психологические теории должны быть непременно ограничены рамками механистической позиции; они лучше вписываются в контекст теории взаимодействия (интеракционизма). Умственные феномены необязательно должны зависеть от физических законов; скорее, они должны следовать своим собственным законам.
Различие между механистическим и интеракционистским подходами можно проиллюстрировать, рассматривая проблему памяти. Согласно механистической теории, память должна каким-то образом сохраняться в мозгу. Но с позиций интеракционизма свойства ума могут быть таковы, что прошлые ментальные состояния способны влиять на настоящие состояния непосредственно, способом, который не зависит от сохранения следов физической памяти. Если бы это было так, то поиски следов физической памяти в мозгу неизбежно были бы бесплодными. И хотя было выдвинуто несколько различных механистических теорий — например, рассматривающих рефлектирующие циклы нервной активности, или изменения синаптических связей между нервами, или специфические молекулы РНК, — нет убедительных свидетельств, что любой из предложенных механизмов действительно может объяснить, что такое память.
Если память не сохраняется физически в мозгу, тогда некоторые виды памяти не обязательно должны быть ограничены умами индивидуумов; представление Юнга о наследуемом коллективном бессознательном, содержащем архетипные формы, можно интерпретировать как вид коллективной памяти.
Такие предположения, защищаемые в рамках интеракционизма, кажутся бессмысленными с механистической точки зрения. Но механистическая теория не может приниматься на веру; на сегодняшний день мысль о том, что все психологические феномены в принципе объяснимы в физических терминах, сама является не более чем спекуляцией.
1.8. Парапсихология
Во всех традиционных обществах рассказываются истории о мужчинах и женщинах, имеющих способности, кажущиеся сверхъестественными, и такие способности засвидетельствованы всеми религиями. Во многих странах мира утверждается, что различные паранормальные способности целенаправленно развиваются эзотерическими системами, такими как шаманизм, колдовство, тантрическая йога и спиритуализм. И даже в современном западном обществе постоянно сообщается о необъяснимых явлениях, таких как телепатия, ясновидение, предсказания, память о прошлых жизнях, домовых (призраках), полтергайстерах, психокинезе и так далее.
Очевидно, это область, в которой распространены предрассудки, мошенничество и легковерие. Но возможность, что кажущиеся паранормальными события действительно происходят, не может быть исключена; ответ на вопрос может быть найден лишь после исследования явления.
Научное исследование явлений, которые считаются паранормальными, продолжается уже почти столетие. Хотя в этой области физических исследований ученые обнаружили немало случаев мошенничества и нашли, что некоторые явления, кажущиеся паранормальными, на самом деле можно объяснить нормальными причинами, остается множество свидетельств, которые, по-видимому, не могут быть объяснены на основе каких-либо из известных физических принципов. Более того, многочисленные эксперименты, поставленные с целью проверки так называемого экстрасенсорного восприятия, или психокинеза, дали положительные результаты с шансами против случайного совпадения, равными тысячам, миллионам или даже биллионам против одного.
Поскольку эти явления не могут быть объяснены с помощью известных законов физики и химии, с принятой механистической точки зрения они не должны происходить. Но если они происходят, здесь возможны теоретические подходы двух типов. Первый основывается на исходном предположении, что такие явления зависят от законов физики, доселе неизвестных; второй — что они зависят от нефизических причинных факторов или связующих принципов. Большинство гипотез второго типа, выдвинутых к настоящему времени, были созданы в рамках интеракционизма. Несколько недавно предложенных гипотез основаны на формулах квантовой теории, включающих «невидимые переменные» или «разветвляющиеся вселенные», и постулируют, что ментальные состояния играют роль в определении выходов вероятностных процессов физического превращения.
Как неопределенность таких теоретических построений, так и неуловимость относящихся сюда феноменов является причиной того, что исследования в области парапсихологии прогрессируют очень медленно. Это, в свою очередь, усиливает тенденцию многих механистически мыслящих биологов игнорировать или даже отрицать свидетельства, показывающие, что эти явления действительно существуют.
1.9. Выводы
Это краткое рассмотрение широко известных проблем биологии не оставляет больших надежд на то, что все они могут быть решены исключительно на основе механистического подхода. В случае морфогенеза и поведения животных вопрос можно считать открытым; но проблемы эволюции и происхождения жизни не решаемы как таковые и не могут помочь сделать выбор между механистической и другими возможными теориями жизни; механистическая теория встречает серьезные философские затруднения в связи с проблемой ограничений физического объяснения; в отношении психологии она не имеет явных преимуществ перед теорией интеракционизма; и она противоречит несомненным фактам, когда речь идет о парапсихологических феноменах.
С другой стороны, хотя интеракционизм может быть привлекательной альтернативой в области психологии и парапсихологии, он имеет серьезный недостаток — создание пропасти между психологией и физикой. Более того, остается непонятным, каковы его биологические приложения. Если взаимодействие ума и тела влияет на поведение человека, тогда что можно сказать о поведении животных? А если нефизический причинный фактор участвует в управлении поведением животных, может ли он также играть роль в контролировании явления морфогенеза? В этом случае следует ли его рассматривать как фактор того же рода, что и предлагаемые виталистическими теориями морфогенеза? Если да, то в каком смысле виталистический фактор, контролирующий эмбриональное развитие, напоминает ум человека?
Таким образом, теория интеракционизма, рассматриваемая в общебиологическом контексте, создает больше проблем, чем решает. И она, по-видимому, не позволяет сделать какие-либо проверяемые предсказания, кроме того, что она допускает возможность пара-психологических феноменов.
Организмический подход в его настоящем состоянии также страдает тем недостатком, что он не предлагает новых путей эмпирического исследования; он не предлагает экспериментальной биологии почти ничего, кроме весьма неопределенной терминологии.
При столь ненадежных альтернативах биологические исследования должны продолжать следовать механистическому подходу, несмотря на его недостатки. На этом пути по крайней мере что-то можно выяснить, даже если главные проблемы биологии останутся нерешенными. Но хотя на короткий период это представляется единственно возможным способом действия, все же, если заглянуть в будущее, кажется разумным задать вопрос, может ли альтернативный подход развиваться конкретно и последовательно и давать проверяемые предсказания. Если такая теория может быть сформулирована, проблема морфогенеза представляет, по-видимому, наиболее доступную отправную точку.
Перспективы создания более совершенных вариантов механистической, виталистической и организмической теорий морфогенеза обсуждаются в следующей главе.
Глава 2
Три теории морфогенеза
2.1. Описательное и экспериментальное исследование
Описание развития можно проводить различными путями: внешняя форма развивающегося животного или растения может быть зарисована, сфотографирована или снята на кинопленку, давая картину изменения морфологии; ее внутренняя структура, включая микроскопическую анатомию, может быть описана как ряд последовательных стадий (рис. 3); изменения физических величин, таких как вес, объем и скорость потребления кислорода, могут быть измерены; могут быть проанализированы изменения химического состава системы в целом и ее частей. Неуклонное совершенствование методов позволяет делать такие описания все более детальными: например, электронный микроскоп дает возможность изучать процессы клеточной дифференциации при гораздо более высоком разрешении, чем световой микроскоп, что позволяет увидеть много новых структур. Чувствительные аналитические методы современной биохимии позволяют измерять концентрации специфических молекул, включая белки и нуклеиновые кислоты, в очень малых образцах ткани; с помощью радиоактивных изотопов химические структуры могут быть «помечены» и можно «проследить» их изменения по мере развития системы; методы, позволяющие вызвать генетические изменения в некоторых клетках эмбрионов, дают возможность идентифицировать их генетически «меченых» потомков и проследить «по карте» их судьбу.
Рис. 3. Стадии развития эмбриона растения пастушья сумка, Capsella bursa-pastoris (по Maheshwari, 1950)
Большая часть исследований в эмбриологии и биологии развития связана с созданием фактических описаний с помощью таких методов; затем эти описания классифицируются и сравниваются, чтобы установить, как изменения различного вида соотносятся в пределах данной системы и в каких аспектах разные структуры похожи друг на друга. Эти чисто описательные результаты сами по себе не могут привести к пониманию причин развития, хотя они позволяют выдвигать гипотезы. Затем последние можно исследовать с помощью экспериментальных нарушений развития. Например, может быть изменено окружение; могут быть приложены физические или химические стимулы в определенных местах на системе или внутри нее; части системы могут быть удалены и можно изучать развитие каждой части отдельно; возможно наблюдать реакцию системы на удаление частей; можно изучать влияние сочетаний различных частей с помощью прививок или трансплантаций.
Главные проблемы, возникающие в исследованиях такого рода, были рассмотрены в первой главе (раздел 1.2): биологическое развитие эпигенетично, иначе говоря, оно происходит с изменением сложности формы и организации, которые не могут быть объяснены через развертывание или разрушение ранее сформированных, но невидимых структур. Многие развивающиеся структуры способны регулироваться, то есть производить более или менее нормальные структуры, если часть системы разрушена или удалена на достаточно ранней стадии; многие системы могут регенерировать или заменять недостающие части; а при вегетативном и половом воспроизведении новые организмы образуются из отделенных частей родительских организмов. Один из важных выводов здесь состоит в том, что в развивающихся системах судьба клеток и тканей определяется их положением внутри системы.
Все механистические, виталистические и организмические теории начинаются с некоторого набора установленных фактов и результатов, относительно которых имеется общее согласие, но они радикально различаются в своих интерпретациях.
2.2. Механизм
Современная механистическая теория морфогенеза приписывает главную роль ДНК по следующим четырем причинам. Во-первых, было обнаружено, что многие случаи наследственных различий между животными или растениями данного вида зависят от генов, которые действительно могут быть «картированы», и может быть установлено их местонахождение в определенных участках определенных хромосом. Во-вторых, известно, что химической основой генов является ДНК и что их специфичность зависит от последовательности пуриновых и пиримидиновых оснований в ДНК. В-третьих, ясно, каким образом может действовать ДНК как химическая основа наследственности: с одной стороны, она служит шаблоном для своей собственной репликации благодаря специфичности связывания в пары оснований в ее двух комплементарных нитях; с другой стороны, она служит шаблоном для последовательности аминокислот в белках. Последнюю роль она играет не прямо, а через посредника; одна из ее нитей вначале «транскрибируется» (переписывается.— Прим. пер.), образуя одну нить молекулы «передаточной» РНК (так называемой РНК-мессенджера), с которой в процессе синтеза белка «считывается» последовательность оснований по три сразу. Различные триплеты оснований придают специфические свойства различным аминокислотам, и, таким образом, генетический код «переводится» в последовательность аминокислот, которые соединяются с образованием характерных полипептидных цепей; они, в свою очередь, сворачиваются с образованием белков. Наконец, характеристики клетки зависят от ее белков: метаболизм и способность к химическому синтезу белков, некоторые из ее структур — от структурных белков, а свойства поверхности, которые позволяют ее «узнавать» другим клеткам,— от специальных поверхностных белков.
В рамках механистического образа мышления центральной проблемой развития и морфогенеза считается контроль синтеза белка. В бактериях специфические вещества, называемые стимуляторами (индукторами), могут вызывать транскрипцию специфических участков ДНК в РНК-мессенджере, которая затем служит шаблоном для синтеза специфических белков. Классическим примером является индукция фермента галактозидазы лактозой в бактерии Escherichia coli. «Включение» гена происходит через сложную систему, содержащую репрессорный белок, который блокирует транскрипцию путем связывания со специфическим участком ДНК; его способность к такой блокировке существенно уменьшается в присутствии химического индуктора. Подобным же образом осуществляется «выключение» гена специфическими химическими репрессорами. У животных и растений система «включения» и «выключения» генов более сложная и сейчас еще не вполне понятная. Дополнительные трудности возникают вследствие недавно установленного факта, что РНК-мессенджер может быть составлена из частей, транскрибированных (переписанных) с различных участков ДНК и затем специфическим образом соединенных вместе. Более того, синтез белков также контролируется на «трансляционном уровне»; синтез белка может «включаться» и «выключаться» различными факторами даже в присутствии подходящей РНК-мессенджере.
Таким образом, разные белки, производимые различными типами клеток, зависят от способа контроля синтеза белка. Единственный способ объяснения этого с механистических позиций — через физико-химические воздействия на клетки; следовательно, модели дифференциации должны зависеть от физико-химических связей в ткани. Природа этих воздействий неизвестна, и выдвигались разные варианты: градиенты концентраций специфических химических реагентов, диффузионно-реакционные системы с химической обратной связью; электрические градиенты; электрические или химические колебания (осцилляции); механические контакты между клетками или другие факторы или же комбинации различных факторов. При этом клетки должны реагировать на эти различия характерным образом. Один из существующих сейчас способов рассмотрения этой проблемы состоит в том, чтобы считать эти физические или химические факторы источниками «позиционной информации», которую клетки затем «интерпретируют» в соответствии со своей генетической программой путем «включения» синтеза определенных белков.
Эти различные аспекты центральной проблемы контроля синтеза белка интенсивно исследуются в настоящее время. Большинство механистически мыслящих биологов надеются, что решение этой проблемы приведет или по крайней мере продвинет нас к объяснению морфогенеза с чисто механистических позиций.
Чтобы оценить, насколько такое механистическое объяснение морфогенеза вероятно или даже возможно, следует рассмотреть одно за другим несколько препятствий:
(1) Возможности объяснения, приписываемые ДНК и синтезу специфических белков, существенно ограничены тем фактом, что как ДНК, так и белки различных типов могут быть очень похожи. Например, при детальном сопоставлении белков человека и шимпанзе значительное число белков оказались идентичными а другие имели лишь незначительные различия: «Определение последовательности (сиквенс) аминокислот, иммунологические методы и электрофорез дают согласующиеся оценки генетического подобия. Все эти подходы указывают на то, что средний полипептид человека более чем на 99 процентов идентичен своему обезьяньему двойнику». Сравнения так называемых неповторяющихся последовательностей ДНК (то есть частей, которые считаются генетически значимыми) показывают, что суммарное различие в последовательностях ДНК человека и шимпанзе составляет всего лишь 1,1 процента.
Подобные же сравнения различных видов мышей или плодовых мушек дрозофил обнаружили более значительные различия между этими близко связанными видами, чем между людьми и шимпанзе, что приводит к следующему выводу: «Контрасты между эволюцией молекул и организмов показывают, что эти два процесса в большой степени независимы друг от друга».
<< Пред. стр. 1 (из 6) След. >>