Гипотеза дизайна биосферы и следствия из неё, представленные в форме силлогизмов

Эта запись мотивирована запиской М.Гераськина, посвящённой так наз. правилу двух следствий. Правило гласит, что каждое утверждение разрабатываемой теории должно давать как минимум два следствия. Это требование вытекает из необходимости руководствоваться принципом парсимонии: если из гипотезы или объяснения некоторого наблюдения вытекает лишь одно следствие, то данное утверждение излишне и может быть удалено из рассуждений без нарушения правил логики. Ниже я постарался выписать утверждения гипотезы дизайна биосферы с тем, чтобы продемонстрировать, что гипотеза дизайна удовлетворяет правилу двух следствий.

Необходимые определения  

Системой обработки (трансляции) информации называется физическая система, имеющая датчики, воспринимающие сигналы из внешней среды, передающая эти сигналы модулю трансляции, который в соответствии с загруженными в систему правилами вырабатывает определённый отклик (действие, физический эффект).

Рис.1. Система трансляции

Трансляцией (обработкой) информации называется совокупность связанных друг с другом физических процессов, результатом которых является определенный физический или химический эффект в отклик на поступление того или иного сигнала на вход транслятора. Правила трансляции загружаются в транслятор заранее. В общем случае правила могут динамически изменяться в зависимости от времени, состояния среды и других факторов. Системы обработки информации называются ещё знаковыми, или семиотическими, поскольку они производят обработку знаков (семиозис). Знаковые системы реализуют пирсову тройку логически связанных компонентов: знак-денотат-интерпретант (Чарльз Пирс — основоположник семиотики, или науки о знаках и их обработке). Компоненты системы, выполняющие роли элементов пирсовой тройки, составляют так называемое знаковое (семиотическое) ядро.  

Знаком называется сигнал из внешней среды (изменение параметров среды или некоторая конфигурация материи, внешняя по отношению к знаковой системе). Знак регистрируется датчиком и запускает процедуру собственной трансляции в знаковой системе.

Денотатом (референтом) называется физический эффект трансляции (букв. "денотат" означает "обозначаемое", или "то, что обозначает" знак). 

Интерпретантом называется конфигурация материи, физически или химически реализующая логическое соответствие между множеством знаков и множеством денотатов. Таким образом, обработка информации, с точки зрения семиотики, является трансляцией, поскольку знаковое ядро фактически осуществляет перевод сигналов, поступающих на вход транслятора, с языка знаков на язык денотатов. Важно отметить, что правила, или протокол трансляции, отличны от законов природы. Правила загружаются в систему при её создании, определены локально для этой системы и не имеют смысла вне её. Правила можно изменить (см. например, т.наз. hachmoji DNA), законы природы изменить нельзя. Правила трансляции устанавливают граничные условия на протекание физических процессов в системе трансляции информации. Рассмотрим пример. Пусть имеется система мониторинга температуры в закрытом помещении, включающая электрическую цепь с температурным реле и сигнальной лампой, как показано на рис.2. Реле отрегулировано так, что при низкой температуре воздуха в комнате цепь разомкнута, но по превышении температурой определенного значения реле включается, замыкая цепь, в результате чего загорается сигнальная лампа.

Рис.2. Система мониторинга температуры включает электрическую цепь 1 от источника питания 2 к сигнальной лампе 3 через температурное реле 4.

 

Знаком в этой системе является превышение определённого заданного значения температуры воздуха в комнате, интерпретантом — реле, денотатом — состояние сигнальной лампы (вкл. или выкл.).  

Интеллектом называется способность принимать решения и выбирать из альтернатив. Интеллектуальным агентом называется актор, или лицо, принимающее решения. Альтернативой называется одно из физико-химически эквивалентных состояний (состояний, характеризующихся минимумом полной потенциальной энергии системы). Система Х имеет интеллектуальное происхождение, если в процессе её разработки или создания принимал участие интеллектуальный агент (агенты). В таком случае Х носит название артефакта, или дизайна. Артефакты являются интеллектуальными, если они сами обладают интеллектом. Артефактом, например, является ваза, а к числу интеллектуальных артефактов относится автопилот. Функцией системы является её способность производить определённые действия. Например, функцией белка является способность вступать в конкретное белковое взаимодействие. Функция f многокомпонентной системы отвечает определённой целевой области T_f в пространстве S возможных конфигураций компонентов (рис.3). Каждая точка этой области соответствует одной из возможных конфигураций компонентов, совместимой с рассматриваемой функцией. Точки, не принадлежащие T_f, соответствуют таким конфигурациям системы, при которых рассматриваемая функция не реализуется.

Рис.3. Целевая область T_f является подпространством пространства S возможных конфигураций компонентов системы. В каждом состоянии из T_f система реализует функцию f.

 

Чем меньше размер T_f по отношению к размеру всего пространства S возможных конфигураций, тем большую информацию получает наблюдатель при наблюдении функции. Количество I_f функциональной информации, которое получает наблюдатель при реализации системой функции f, вычисляется по формуле:

If = —log2	|Tf|	,
	|S|

где |X| — число элементов множества X. Говорят, что функция является сложной, если её описание превышает некоторый информационный порог сложности, измеряемый в битах и определяемый для каждой системы отдельно. Порог определяется так, чтобы превышение его давало достаточные основания отклонить нулевую гипотезу о неинтеллектуальном происхождении рассматриваемой системы в соответствии с методологией статистического тестирования гипотез.

• Вот здесь в разделе "Функциональная информация (информация в контексте функции f)" можно посмотреть пример вычисления порогового значения информационной сложности для живых организмов. Оптимистический информационный порог, то есть фактически возможности эволюционного возникновения сложности (эволюция представляет собой нулевую гипотезу) составляет 140 функциональных бит (не путать с шенноновскими битами).

Гипотеза дизайна биосферы: общие положения

Главная гипотеза дизайна заключается в следующем утверждении:  

Сложная функция на практике создается только интеллектуально. 

Гипотеза дизайна основывается на наблюдениях. С одной стороны, способность интеллекта создавать сложную функцию не вызывает сомнений. С другой, наблюдения возникновения сложной функции за счёт действия только факторов случайной и закономерной природы отсутствуют. По индукции в рамках гипотезы делается вывод о том, что интеллектуальным является происхождение и тех сложно-функциональных систем, процесс образования которых наблюдать мы не можем. В приложении к биологии главную гипотезу дизайна можно сформулировать как гипотезу дизайна биосферы следующим образом: Поскольку в живых организмах наблюдается сложная функция, живые организмы имеют интеллектуальное происхождение. Или: Поскольку в живых организмах наблюдается сложная функция, живые организмы артефактны. Фальсификацией данной гипотезы может служить успешный опыт абиогенеза — создание жизни в лаборатории — при одном условии: экспериментатор может лишь подбирать начальные условия (реагенты, их концентрации, давление, температуру, освещенность, напряженность электромагнитного поля и пр.), не имея права вмешиваться в сам процесс абиогенеза после его начала. Нарушение этого условия приведет к тому, что данный эксперимент, задуманный в качестве демонстрации возможностей абиогенеза, фактически будет являться демонстрацией возможностей интеллектуального создания жизни. Из всего вышеизложенного видно, что гипотеза дизайна биосферы удовлетворяет критериям научности как основанная на обобщении экспериментальных данных и допускающая возможность как подтверждения, так и фальсификации. Однако важным дополнительным вопросом, с точки зрения плодотворности той или иной гипотезы, является то, насколько богата научная программа исследований, основывающаяся на ней: что представляют собой направления конкретных исследований, вытекающих из неё, какие формулируются дочерние гипотезы, и каков практический выход. Я убеждён в том, что в отличие от эволюционной гипотезы, именно гипотеза дизайна даёт нетривиальные следствия и формирует нетривиальную научную повестку. Более того, мне представляется, что стихийные сторонники эволюционной парадигмы, в практической деятельности де-факто исходят именно из предположения о дизайне. Действительно, только в случае если то, с чем приходится работать, является продуктом дизайна, а не представляет собой ни к чему не обязывающую "игру слепого случая", мы можем подвергать объект исследования анализу с целью выявить принципы, заложенные при его создании, с тем, чтобы впоследствии применить эти принципы в технологии, в медицине и других областях в рамках подхода "обратной разработки".  

Гипотеза дизайна биосферы и производные гипотезы, сформулированные в виде силлогизмов  

Для иллюстрации того, что исследовательская повестка, формируемая на основе гипотезы дизайна биосферы, не пуста, приведём некоторые предсказания теории, оформленные в виде простых категорических силлогизмов. Для начала выразим гипотезу дизайна биосферы в форме силлогизма. Большая посылка: Все системы, реализующие сложную функцию, артефактны (то есть имеют интеллектуальное происхождение). Малая посылка: Живые организмы сложно-функциональны. Следствие: Живые организмы артефактны. Теперь постараемся сформулировать производные гипотезы. 

Гипотеза 1

• Все артефактные самовоспроизводящиеся системы являются системами обработки информации.
• Живые организмы являются артефактными и самовоспроизводящимися.
• Следовательно, живые организмы являются системами обработки информации.

Гипотеза 2

• Все эффективные системы обработки информации используют дискретный код с целью максимизации эффективности кодирования (теорема Шеннона).
• Живые организмы являются эффективными системами обработки информации.
• Следовательно, живые организмы снабжены дискретным кодом.

Гипотеза 3

• Во всех эффективных системах обработки информации используются методы борьбы с шумом.
• Живые организмы являются (могут моделироваться) системами обработки информации.
• Следовательно, живые организмы реализуют методы борьбы с шумом.

Гипотеза 4

• Во всех эффективных самовоспроизводящихся системах обработки информации количество информационного шума минимизировано.
• Живые организмы являются эффективными самовоспроизводящимися системами обработки информации.
• Следовательно, количество информационного шума при воспроизведении минимально.

Исторически гипотеза 4 была представлена в форме гипотезы мусорной ДНК. Конкурирующая эволюционная гипотеза потерпела неудачу. Не кодирующие белок участки генома оказались не мусором, оставшимся там якобы от предыдущих попыток "безмозглого и слепого часовщика" методом проб и ошибок максимизировать селективное преимущество, а функциональными участками, осуществляющими регуляцию экспрессии генов. Гипотеза 5

• Все живые организмы снабжены общим геномом таким образом, что низшие таксоны имеют функции высших таксонов, но в отключенном состоянии.
• Организм X принадлежит к низшему таксону.
• Следовательно, организм X имеет функции высших таксонов в отключенном состоянии.

Гипотеза 5 известна как гипотеза М.Шермана универсального генома. Справедливость гипотезы была экспериментально проверена на морском еже (Echinoidea), для которого в лабораторных условиях удалось включить функцию образования глаз.

Рис. 4. Морской ёж Strongylocentrotus purpuratus. Источник: Википедия.

 

Гипотеза 6

• Все эффективные многокомпонентные функциональные системы проектируются концептуально "сверху вниз": от идеи через планирование к имплементации.
• Живые организмы являются эффективными многокомпонентными функциональными системами.
• Следовательно, живые организмы должны были быть спроектированы сверху вниз.

Гипотеза 7

• Инженерная реализация всех многокомпонентных функциональных систем осуществляется в рамках многокритериальной оптимизации (пример: компромисс ресурсы-качество).
• Живые системы являются эффективными многокомпонентными функциональными системами.
• Следовательно, живые организмы реализованы в рамках многокритериальной оптимизации.

Как следствие гипотезы 7, попытки критики гипотезы дизайна со стороны эволюционистов-самособойщиков, не учитывающие многокритериальности, являются безуспешными. Те, кто следит за полемикой в этой области, ещё, вероятно, помнят яркий пример дискуссии о якобы неэффективной конструкции глаза позвоночных. Это одно из многих эпических фиаско противников дизайна. 

Гипотеза 8

• Повторное использование компонентов лучше описывается графом зависимостей (dependency graphs), чем деревом.
• При разработке живых организмов имело место повторное использование компонентов.
• Следовательно, гомология живых организмов лучше описывается графом зависимостей, чем деревом.

Иллюстрация гипотезы 8 представлена в работе:

• Winston Ewert, The Dependency Graph of Life, Ewert et al.

Там же см. конкретный смысл слов "лучше описывается".  

Гипотеза 9

• Все сложные эффективные функциональные системы, разработанные сверху вниз, характеризуются повторным использованием компонентов в различных контекстах.
• Живые организмы являются сложными эффективными функциональными системами, которые разрабатывались сверху вниз.
• Следовательно, в структуре живых организмов есть повторно использующиеся компоненты.

К числу подтверждений гипотезы 9 относится использование в живых организмах метакодов (кодов поверх кодов). О так наз. перекрывающихся генах (overlapping genes) можно также посмотреть здесь: overlapping genes. Наконец, следует сказать и о том, что касается двух и более следствий, о чём я говорил в самом начале этой записки. Все представленные гипотезы 1-9 — производные от гипотезы дизайна. Они и являются теми независимо проверяемыми следствиями, наличие которых требуется от всякой нетривиальной теории, по правилу двух следствий, так хорошо сформулированному в записке М.Гераськина. Каждая из представленных гипотез является принципиально тестируемой теоретически, а некоторые из них уже и практически.