Thursday, 22 August 2013

Почему я считаю биологическую макроэволюцию практически невозможной

Несмотря на то, что статистический подход [Abel 2009, Durston et. al. 2007] в вопросах, касающихся организации и функционирования биосистем, правомерен, он, тем не менее, лишен той степени убедительности, которая необходима для демонстрации практической невозможности автоматического/спонтанного возникновения и последующего эволюционного развития живого. Всегда найдутся люди, желающие верить в сколь угодно малую вероятность чего-либо. С этим ничего нельзя поделать: такова уж человеческая психология. Изложенные здесь положения имеют принципиальный характер, что, как мне кажется, отвечает требованию большей убедительности. В этой записке я опираюсь на [Abel 2011], а также на данные и формулировки из личной переписки. Перечисленные ниже идеи не являются моими, я лишь делаю попытку их сжатой систематизации.

Под биологической эволюцией понимается (а) дифференцированное выживание уже имеющихся биологических форм и (б) их размножение. В синтетической теории эволюции (СТЭ) и (а) и (б), в конечном счете, сводящиеся к стохастике (изменчивость) и закономерности (отбор), считаются достаточными для появления новых функций, а следовательно, и всего наблюдаемого биологического разнообразия. 

Однако предположение о достаточности изменчивости и отбора для генерации новой нетривиальной функциональности не может быть признано сколько-нибудь обоснованным. Под новой нетривиальной функциональностью я имею в виду биологическую новизну: возникновение новых белок-белковых взаимодействий, новых тканей, органов, систем. В принципе, количество информации, соответствующее новой функции, можно измерить. Для белковой функции это уже было сделано [6]. С точки зрения статистики, новая нетривиальная функциональность соответствует статистически значимому количеству функциональной информации. Вопрос о том, как в некоторой системе может появиться статистически значимое количество функциональной информации, непрост. Именно в этом вопросе точки зрения эволюционизма и ID кардинальным образом различаются. ID, с опорой на эксперимент, утверждает, что на практике статистически значимые количества функциональной информации, если они наблюдаются в исследуемой системе, могли быть сообщены этой системе лишь интеллектуальным путем. Тем не менее, помимо статистических оценок, как я уже сказал, существует ряд принципиальных положений, по которым считать изменчивость и отбор достаточными для появления новых функций нет оснований:

  1. Биологическая жизнь реализуется программно, а именно: генетическими и эпигенетическими инструкциями синтеза белков и управления этим синтезом. 
  2. Теории эволюции не говорят нам ничего о появлении программы, кодирующей нетривиальную функциональность. СТЭ лишь рассматривает уже существующие функционирующие биосистемы. Эволюция оперирует на уровне выбора из уже существующих организмов и поэтому является вторичным феноменом по отношению к появлению препрограммированной функциональности, которое она не может объяснить. Никто не отрицает, что эволюция имеет место. Однако этот вторичный феномен не способен породить новую нетривиальную функциональность и поэтому ее эффект сильно ограничен рамками микроэволюции (то есть незначительных с точки зрения функции осцилляций около уже существующих функциональных бассейнов аттракции). Эволюция не может выбирать из вариантов потенциальной, будущей функциональности. Эволюционный отбор не действует на то, что еще только может стать функцией. Функция заранее прописывается алгоритмически в результате принятия решений: программирование есть формулировка предписаний, то есть формальных инструкций. Иного пути генерации препрограммированной функциональности не существует.
  3. Проблема генезиса нетривиальной функции в рамках эволюции уже имеющихся форм жизни неотделима от проблемы генезиса первичных форм. Решение первой в очень большой степени зависит от решения второй.
  4. В процессе репликации используется общий протокол (набор правил) кодирования и декодирования информации (см. таблицу кодонов) при передаче инструкций от предка потомку. 
  5. Считать случайную выработку подобного протокола практически возможным событием нет оснований. С другой стороны, вследствие инертности физической реальности по отношению к выбору состояния из набора состояний по критерию функции, не существует и законов, которые бы с необходимостью приводили к формированию функциональных систем из нефункциональных компонентов. Таким образом, даже если предположить теоретическую возможность усложнения первоначального набора правил со временем, проблема объяснения возникновения первоначального, самого простого протокола никуда не девается. Первоначальный протокол обмена информацией должен быть загружен в систему извне.
  6. Обработка генетических и эпигенетических инструкций не может быть сведена исключительно к физико-химическим взаимодействиям. Несмотря на то, что указанная обработка инструкций реализуется с использованием известных физико-химических взаимодействий, она ими не исчерпывается. Справедливость этого видна из следующего.
  7. Репликация живого — это семиотический процесс, использующий систему материальных символов-токенов (кодонов — триплетов нуклеотидов), являющихся репрезентантами других материальных объектов (аминокислотных остатков синтезируемых белков). Выбор именно таких, а не иных правил интерпретации инструкций не вытекает и не может вытекать из физики и химии процессов размножения и поддержания жизни аналогично тому, как выбор тех или иных последовательностей звуков для обозначения понятий, не вытекает и не может вытекать из законов распространения звуковых волн в среде.
  8. Ни стохастика, ни закономерность не являются достаточными для появления новой нетривиальной функции, что возможно лишь путем целенаправленного программирования в результате последовательности принятия решений (не путать с бифуркациями нелинейных динамических систем). Исключения составляют вырожденные случаи деградации имеющейся функции (например, сопротивление бактерий антибиотикам).
  9. Программирование в реальности есть исключительно результат последовательности принимаемых решений, выражающихся в выработке формальных инструкций. Инструкции формулируются на определенном языке (формальная система) и записываются на носитель. Совокупность функциональных инструкций должна удовлетворять условию останова (computational halting).
    1. Кстати, в модели метажизни Шатена [Chaitin 2009, Chaitin 2012] эта проблема признается (там эксперт выполняет роль оракула останова). Таким образом, на самом деле проблема у Шатена решается введением агента. Как можно видеть из вышеизложенного, иначе и быть не могло. Среда не может быть оракулом останова, поскольку в ней нет ничего, что бы могло осуществлять эту функцию. Пассивный фильтр среды не может быть оракулом в процессе создания функционирующего кода. Среда лишь выполняет функцию эволюционного отбора из уже существующих функционирующих вариантов кода, а это совсем не одно и то же.
  10. Ни система интерпретации инструкций в отрыве от самих инструкций, ни инструкции сами по себе никакого смысла не имеют и никакой функции не несут. Поэтому предположения о каком-либо ином, кроме целенаправленного создания, способе появления самореплицирующейся системы кодирования, записи, считывания и интерпретации информации в живом, не выдерживают никакой критики и относятся к области безответственного фантазирования. Простейшая реплицирующаяся система должна включать следующие компоненты: кодировщик, интерпретатор, информационный канал, данные (например, в виде формальных инструкций или в виде шаблона, как в случае ДНК/РНК), а также память: либо все это вместе присутствует в качестве надежной устойчиво функционирующей системы, либо никакой репликации не происходит. Никакой автоматической постепенности развития здесь быть просто не может.
    1. Я с глубоким уважением отношусь к работам таких корифеев кибернетики, как Эшби и фон Нейман. Без ценнейшего вклада этих и других выдающихся специалистов, биоинформатику и представить себе невозможно. Однако сегодня мы знаем больше, чем вчера, а завтра будем знать больше, чем сегодня. 
  11. Стохастическая генерация новой нетривиальной функции и ее закрепление отбором является не подкрепленным на практике предположением по следующей причине. Хаос не может порождать функциональные конфигурации из нефункциональных (если под функциональностью понимать нечто принципиально иное, нежели степень упорядоченности компонентов). Функция не может быть формализована лишь в терминах хаос-порядок, но представляет собой совершенно отличную от них категорию. В самих хаотизированных системах, даже находящихся в состоянии равновесия под действием детерминированного внешнего воздействия, — что является по [Ashby 1962] условием закономерного возникновения "жизни" в любой динамической системе, — нет абсолютно никакой потенции выбора функциональных состояний из ряда возможных равновесных и поэтому физико-динамически неотличимых друг от друга состояний, поскольку нет нетривиальной функции цели, как не существует и центра принятия решений. Такой выбор в создании функциональных многокомпонентных систем может осуществляться только целенаправленно с учетом заданной целевой функции. Нет никаких практических оснований подвергать сомнению универсальность данного утверждения. Жизнь и те условия, которые необходимо было обеспечить для организации сложнейших процессов обработки информации в биосистемах, не может быть исключением, своеобразной "особой точкой", где якобы все по каким-то причинам могло организоваться само собой. Мы просто-напросто не имеем никаких научных данных, которые могли бы служить основанием для таких предположений.
  12. Целенаправленный выбор не может быть адекватно выражен лишь в терминах стохастики и закономерности. Все имеющиеся подходы к измерению информации в биосистемах отражают лишь сторону неопределенности (отрицательный аспект), в то время как лишь теория принятия решений оперирует категорией выбора в положительном аспекте (детерминизм выбора, осуществляемого лицом, принимающим решения; этому термину соответствуют английские choice determinism и choice contingent causation).
  13. Все вышеизложенное позволяет заключить, что натурализм, если под этим термином понимать допущение к рассмотрению лишь факторов случайной и закономерной природы при анализе явлений окружающего мира, принципиально не способен ответить на затронутые здесь проблемы. Ответы на поставленные вопросы представляется возможным дать лишь в терминах теории принятия решений с привлечением выбора как отдельной категории причинности наряду со случайностью (chance) и закономерной необходимостью (law-like necessity).

Литература


  1. David L. Abel (2009),  The Universal Plausibility Metric (UPM) & Principle (UPP). Theoretical Biology and Medical Modelling, 6:27.
  2. David Abel (2011): The first gene.
  3. William Ashby (1962): Principles of the self-organizing system. Principles of Self-Organization: Transactions of the University of Illinois Symposium, H. Von Foerster and G. W. Zopf, Jr. (eds.), Pergamon Press: London, UK, pp. 255-278.
  4. Gregory Chaitin (2009): The evolution of mutating software. Bulletin of the European Association for Theoretical Computer Science 97, February 2009, pp. 157-164.
  5. Gregory Chaitin (2012): Life as evolving software, манускрипт.
  6. Durston, K.K., D.K.Y. Chiu, D.L. Abel and J.T. Trevors (2007): Measuring the functional sequence complexity of proteins, Theoretical Biology and Medical Modelling 4:47. [doi:10.1186/1742-4682-4-47]

No comments:

Post a Comment