Брайан Миллер: Поразительная актуальность инженерных технологий в биологии

Тезисы [мои комментарии выделены курсивом].

• Системная биология де-факто исходит из парадигмы дизайна, пусть даже сами люди, которые ею занимаются, не являются философскими сторонниками этой парадигмы. Имеются в виду отправные предположения так наз. целевого исчисления (the 'calculus of purpose').
• Представление о том, что существующие биосистемы субоптимальны (что надо было бы ожидать, если исходить из предпосылок ненаправленных эволюционных процессов без целеполагания) — как правило, следствие неучёта многокритериальности. Это так наз. "аргумент несовершенства пробелов", imperfections-of-the-gaps. Согласно новейшим данным, целый ряд распространённых хрестоматийных примеров "плохого" дизайна в действительности является оптимальным дизайном, если учитывать не один, а множество критериев (фоторецепторы растений, конструкция человеческой стопы, большой палец панды, конструкция глаза позвоночных, мусорная ДНК и пр.). Совершенно не соответствуют действительности и лишены оснований заявления деятелей типа Джерри Койна о том, что биосистемы — это якобы конструкции, сляпанные хаотически из первых подвернувшихся под руку эволюции компонентов; такие, в которых нельзя проследить целенаправленную инженерную мысль и предвидение.
• К большому сожалению, многие популяризаторы эволюции получают беспрепятственный доступ к широкой аудитории, если только своей задачей они видят намеренное искажение эмпирических данных, объективно свидетельствующих в пользу дизайна.
• Существует большое перекрытие между множеством принципов технологического дизайна, с одной стороны, и множеством принципов организации живого, с другой. К числу таких технологий, где наблюдается это перекрытие, относятся системные, информационные и химические технологии. Совпадение и прямое соответствие имеют место не только на уровне функций (естественно, с различием реализации), но и на уровне логической организации.
• Приведены некоторые примеры использования идей дизайна в научных публикациях по системной биологии. Демонстрируется применение общих принципов в инженерных технологиях, с одной стороны, и в биосфере, с другой. Приведен, в частности, пример механического соединения с общими принципами функционирования (4-элементная система рычагов в жевательном аппарате рыб). Механическая конструкция с идентичным принципом работы применяется и в технике. Лектор: такие системы могли появиться только в результате разработки сверху вниз. В качестве обоснования этого утверждения лектор приводит источники по системной биологии, где указано, что изменяться такие системы могут только в определенных (подчас сильно ограниченных) пределах, выход параметров за эти пределы приводит к сбоям и, в конечном счёте, к вымиранию. Важным обстоятельством является указание в литературе на невозможность пластичных эволюционных изменений от одной системы до другой, если они характеризуются принципиально различными схемами функционирования (инженерными решениями). Области в пространстве параметров, в которых возможны адаптационные изменения, представляются аналогичными потенциальным ямам: системе позволяется самонастроиться в тех или иных пределах, однако система с подобными свойствами должна быть спроектирована и реализована сверху вниз.
• Данные выводы подтверждаются летописью отложений: во-первых, наблюдается скачкообразное появление новых в инженерном плане форм; во-вторых, организмы, в которых наблюдаются подсистемы, использующие одни и те же принципы функционирования, могут и не иметь предполагаемого общего предка, который был бы наделён соответствующей подсистемой. Моделью, гораздо более экономно описывающей эти наблюдения, чем общее происхождение и эволюционная конвергенция, является модель графа зависимости (the dependency graph).
  • Этот термин заимствован из информационных технологий. Вершинами графа зависимости являются модули программного обеспечения, ребрами — отношения зависимости: между двумя модулями существует ребро, если один из них использует второй в качестве библиотеки. Ссылка на оригинальную статью W.Ewert "The dependency graph of life" находится в моей записи здесь.
  Указанная модель допускает появление одних и тех же функциональных блоков в узлах графа, не объединенных общим происхождением. Фактически это модель общего дизайна. Она отвечает разработке сверху вниз в рамках целеполагания и гораздо лучше соответствует наблюдениям, чем эволюционная. Именно так происходит заимствование решений в области технологий, откуда эта модель и была, собственно говоря, взята.
• Ошибка Дарвина состояла в том, что он ассоциировал понятие адаптации со средой, которая у него выступила как прокси дизайнера: среда у него формирует, среда отбирает, среда адаптирует и пр. Для описания того, что происходит в живых организмах, предложена принципиально иная модель, которая лучше соотносится с реальностью. Эта модель успешно применяется в робототехнических системах (например, самодвижущихся автомобилей): сигналы поступают извне на датчики, от датчиков — в анализатор состояния, от анализатора к исполнительному модулю (приводу), который вырабатывает необходимые сигналы для воздействия на систему механического управления. Важно отметить, что привод откликается на входное воздействие не (только) случайным образом, но имеет целый ряд заранее загруженных откликов в зависимости от значения сигнальных величин, поступающих к нему на вход (в арсенале откликов может присутствовать и стохастический отклик, однако рамки действия стохастики заранее определены). В настоящее время есть море специализированной литературы, в которой подтверждается, что фактически то же самое есть в живых организмах: выработка отклика на стимулы среды в организме происходит включением или выключением соответствующих механизмов управления изменениями генетической информации, а не (исключительно) случайными мутациями. Картина гораздо сложнее, чем было принято считать 150-100 лет назад (классика, СТЭ).
• Предложена новая модель, которая носит название: "Естественные генетические технологии" (natural genetic engineering). Лектор ссылается на James Shapiro.
  • Сам Дж. Шапиро и его единомышленники предпочитают говорить о так наз. "третьем пути", под первыми двумя имея в виду дарвинизм и креационизм, но это очередная карикатура на дизайн (a strawman argument), ведь ID как парадигма прекрасно себя чувствует, допуская рассмотрение живых организмов в качестве аналогов робототехнических систем, выступающих в процессе жизнедеятельности как интеллектуальные акторы.
  Упомянутые механизмы, реализованные на генетическом уровне, относятся к тому, что называется управлением стохастикой (the harnessing of stochasticity). Отклик организма может происходить чрезвычайно быстро, в пределах одного поколения, для чего не требуется дарвиновского постепенного накопления малых адаптационных изменений.
  • Дарвиновская модель налагает сильные ограничения на предполагаемый эволюционный процесс: каждый этап дарвиновского эволюционного пути обязан предоставлять селективное преимущество, что в комплексе с множеством других факторов типа дрейфа генов и взаимного ослабления положительных мутаций делает предполагаемый процесс эволюционного движения в параметрическом пространстве чрезвычайно маловероятным.
  Существует и другая аналогичная модель, которая называется фенотипической пластичностью. В этой модели фенотипические изменения также представляются результатом действия "прошитых" генетических откликов на стимулы среды, только эти отклики происходят на этапе развития организма. Тот или иной отклик включается или выключается в определенный момент развития организма в зависимости от значений поступающих из среды стимулов. Иными словами, разнообразие биологических форм представляется не результатом действия естественного отбора на случайные изменения генотипа, а следствием различных откликов, заложенных в организмы и реализующихся в различных условиях обитания.
• Название представленной статьи и доклада ("Поразительная актуальность инженерных технологий в биологии") — аллюзия на знаменитую статью Ю. Вигнера о "поразительной эффективности математики" в естественных науках.
  • Большой плюс автору. Я подозревал об этом, но для подтверждения предположения надо было прослушать лекцию до конца.
  Источник этой эффективности — замысел Творца: в мире, сотворённом именно с такими свойствами, в результате чего возможны повторяемость эксперимента и научное прогнозирование, возможно и систематическое использование одних и тех же принципов творчества в различных контекстах.
• Лектор заключает доклад, отмечая, что актуальность инженерных технологий в изучении живого — настолько мощный указатель на дизайн, что для опровержения представленных доводов оппонентам приходится совершать насилие над собственным разумом, заведомо искажая истину (см. Послание к Римлянам св. ап. Павла, гл.1).