ВВЕДЕНИЕ: НАУЧНОЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВО И СРАВНЕНИЕ ТЕОРИЙ
Науку, тем более теоретическую часто представляют как совершенно особую область человеческой деятельности, где все определяется специфическими законами и правилами, а успех зависит от владения некими «методами создания теорий».
Это едва ли верно: наука является «не чем иным как более систематически построенным усовершенствованием повседневного мышления» (Эйнштейн, 1967), где, точно как в жизни, помимо багажа знаний нужны только способность к длительному сосредоточению на предмете исследований, фантазия, чтобы вовремя догадаться, честность, чтобы проверить догадку, и чувство юмора, чтобы отказаться от своей догадки, если она окажется неверной.Наука всегда начинается со сбора наблюдений и составления их коллекции. Увлеченный собиратель любит свою коллекцию и стремится содержать ее в порядке — так, чтобы можно было в любой момент найти нужный экспонат. Стремление к порядку порождает систему — простой набор правил, в соответствии с которыми расположены факты. Так создается классификация наблюдений — первый этап развития науки. Классификация состоит из определений, каждое из которых содержит формулировку признаков, по которым данное явление можно отличить от прочих.
Затем возникает естественное желание объяснить наблюдаемые явления, т. е. понять причины, вызвавшие к их жизни. Отсюда начинается теоретический этап развития науки. Обычно объяснение следует во времени за определением. Например, таблица Менделеева — классификация химических элементов — получила объяснение лишь после появления теории строения атома, т. е. полвека спустя после своего создания. Реже объяснение появляется раньше определения. В этом случае речь идет о теоретическом предвидении, примеры которого в биологии чрезвычайно редки.
Ценность каждого объяснения (да и любой научной работы) тем выше, чем больше следствий оно допускает, чем лучше (проще и быстрее) оно позволяет переходить от одного факта к другому.
Если определения делят сплошную массу информации на части, позволяя видеть структуру вместо хаоса, то объяснения связывают части в целое, в организм, в космос, в единую картину мира.Впервые появившееся объяснение высказывают в предположительной форме. Предположения подлежат проверке с помощью наблюдения или эксперимента. Если наблюдаемый результат оказывается в достаточной мере сходен с ожиданием, то гипотеза считается подтвержденной, т. е. соответствующей истине, которую можно использовать для дальнейшего продвижения в область незнаемого. В науке, как и вообще в жизни, истинной называют «гипотезу, способную наилучшим образом проложить путь другим гипотезам, которые сумеют объяснить больше» (Лоренц, 1998).
Вместе с тем, как ни еретически это звучит, значение фактических подтверждений для укрепления научной гипотезы не следует переоценивать. С одной стороны, подтверждение можно получить практически для любой те- ории(Поппер, 1983). Так, Ш. Боннэ (Bonnet, 1773) иллюстрировал идею преформизма (зародыш не развивается, а содержится в половых клетках в полностью сформированном состоянии) данными по эмбриологии тлей, у которых поколения действительно «вложены» друг в друга: зародыши, развивающиеся в теле самки, несут в себе эмбрионы следующего поколения (Eastop, 1995). Другой, достаточно курьезный пример касается трех «доказательств эволюции», к которым со времен Э. Д. Копа относят данные систематики, эмбриологии и палеонтологии (Соре, 1887). Не замечательно ли, что ровно эти же аргументы приводятся в доказательство мудрости Создателя, т. е. для подтверждения прямо противоположной гипотезы (см. любой номер журнала Creation)! Мы принимаем и считаем истиной гипотезу о эволюции не потому что она доказана, а потому что она служит отправным пунктом для разнообразнейших гипотез и исследований — допускает дальнейшую работу и поддерживает интерес к жизни.
С другой стороны, многие биологические концепции общеприняты, но до сих пор толком не подтверждены. Например, согласно принципу конкурентного исключения Г.
Ф. Гаузе, если в одной эконише встречаются две популяции разных видов, обладающих одинаковыми экологическими требованиями, то одна популяция рано или поздно вытесняет другую. Опыты, которые провел Гаузе в подтверждение своей гипотезы, настолько просты, что есть все основания сомневаться в их адекватности природным ситуациям. Более того, в природе не бывает одинаковых видов, и поэтому принцип Гаузе оказывается в принципе не проверяем (Simberloff, 1981). Значит ли это, что принцип не верен и не нужен? На мой взгляд, не значит. Вполне достаточно, что принцип следует из концепции естественного отбора и не противоречит тому, что мы знаем о живых существах.Другой пример — правило Бергмана (абсолютные размеры тела животных увеличиваются в высоких широтах). Вроде бы, в этом правиле никто всерьез не сомневается, хотя список исключений достаточно велик. Однако для получения надежного подтверждения следовало бы численно показать, что увеличение размеров ведет к уменьшению теплоотдачи, что в свою очередь обуславливает повышенную вероятность оставления потомства. Этот аргумент, достаточно ясный сам по себе, очень трудно подкрепить вычислениями и измерениями: меховой покров имеет различную толщину на разных участках тела, форма тела зависит от позы, которая все время изменяется, поведение особей (в том числе теплосберегающее) различается между видами (ШмидтНиельсен, 1987). Как следствие, правило Бергмана не имеет сколько-нибудь строгого подтверждения, что вовсе не мешает ему считаться справедливым.
Не менее трудно обстоит дело и со святая святых — с естественным отбором. Эту концепцию, которая уже более ста лет служит основой для развития всей биологии, едва ли можно считать когда-либо подтвержденной наблюдениями либо экспериментами. В самом деле, как проверить правдивость высказывания «в размножении участвуют только наиболее приспособленные особи», если приспособленными считаются как раз те, кто участвует в размножении? Создается порочный круг — тавтология, на которую издавна обращали внимание биологи (Maynard Smith, 1969).
По идее, из этого кольца есть выход: можно предположить, что наиболее приспособленные особи — это те, кто при прочих равных условиях тратит на размножение наименьшее количество энергии. Как, однако же, измерить энергоемкость жизненных циклов, обеспечив при этом «прочие равные»? Нужны крайне изощренные эксперименты, причем можно заранее не сомневаться в оценке, которую им дадут скептики. В принципе, можно обратиться к косвенным аргументам, которые касаются адаптаций, связанных с экономией энергии — например, к тому же правилу Бергмана (Шварц, 1980), но и на этом пути ожидают трудности, уже обсуждавшиеся выше. Эти трудности вряд ли следует преодолевать: нет смысла карабкаться на стену, которую можно без труда обойти — ведь в реальности отбора как главного движущего фактора эволюции мало кто сомневается. В конце концов, никто нигде и никогда не соблюдал полностью заповеди Христа. Падает ли от этого значение христианства?Однако нужно сделать и следующий вывод: в науке, а тем более в биологии, отсутствие строгих подтверждений не считается непростительным недостатком гипотезы. Достаточно, если предлагаемое объяснение не противоречит действительности и при этом согласуется с истинами, разделяемыми научным сообществом.
Комплекс взаимосвязанных объяснений называют теорией. Фактически, научная теория представляет собой язык -— систему понятий, позволяющую абстрактно рассуждать о явлениях природы. Теория дает возможность создавать образы (или модели) явлений в виде знаков (слов либо других символов), умозрительно рассматривать взаимодействия этих образов и строить гипотезы о реальном поведении соответствующих природных объектов в тех или иных обстоятельствах,
В отличие от коллекций-классификаций, которые могут только расти, теории развиваются. Под развитием понимается процесс изменения сложных цельных сущностей; этот процесс имеет общие черты для объектов самой разной, материальной и идеальной природы (Раутиан, 1988). Развитие научной теории проходит несколько этапов.
Сначала в рамках какого-либо отдельного поля исследований формулируется одна или несколько начальных гипотез — зародыш теории. Из базовых гипотез выводятся разнообразные объяснения, распространяющие эти гипотезы на многие области науки, в пределах которой проходит развитие теории. Таким образом, различные разделы знания обретают взаимосвязь и возможность далее развиваться сопряженно, что порождает новые предположения и, соответственно, новые направления исследований. Хорошая теория всегда является парадигмой, т. е. служит инструментом развития знания, создавая основу для постановки проблем и выдвижения гипотез.Процесс развития системы объяснений конечен: приходит время, когда теория перестает порождать новые значимые гипотезы, зато возрастает число не подтвердившихся предположений и определяется объем знаний, которые не удалось привязать к разделу науки, из которого произошла исходная гипотеза. По этой причине любая теория имеет свою сферу компетенции, свой круг удовлетворительно объясняемых фактов (Кун, 1975; Гумилев, Панченко, 1990).
Осознание достигнутого предела объяснительных способностей теории и сохраняющееся стремление все-таки постичь единый порядок вещей заставляет исследователей формулировать другие гипотезы, претендующие за роль центра кристаллизации новой теории. Рано или поздно одна из попыток оказывается удачной. Тогда происходит очередной синтез знания, в результате которого появляется новая теория.
Существенно, что каждая последующая теория имеет более общий характер, чем предшествующая, и старая теория становится частным случаем новой (Кун, 1975). Поэтому старая теория, хоть может быть и далее использована для объяснения и моделирования явлений частного характера, оказывается ненужной как объяснительный аппарат общенаучного значения. Как следствие, теории устаревают, в отличие от коллекций наблюдений, замечательными примерами вечности которых могут служить книги Брема и Фабра.
Рассмотренный ход развития теорий выглядит так гладко только в ретроспективе, в то время как для очевидца события изобилуют противоречиями и коллизиями.
Наиболее интересен критический момент развития науки: когда старая теория еще не отвергнута, а конкурирующая парадигма уже появилась. Тогда возникает необходимость сравнить две теории и решить, какая из них предпочтительнее в качестве основы для дальнейшего развития знания.Вопрос о принятии новой теории не имеет быстрого решения и остается актуален десятилетиями. Широко распространенное мнение о том, что теорию можно раз и навсегда доказать, по существу ошибочно (Холтон, 1981). Доказательство — чисто логический, дедуктивный прием, состоящий в выведении частного утверждения из общего. Так, принцип Гаузе выводится из понятия о естественном отборе, которое, в свою очередь, есть следствие избыточного размножения и изменчивости (Huxley, 1943). В то же время, общее высказывание можно лишь подтвердить или, вернее, иллюстрировать фактическими данными. Гипотезы общего значения рождаются путем индукции, интуитивно, подсознательно: не существует логического пути от фактов к теории, поэтому нет и не может быть каких-либо методов создания теорий (Эйнштейн, 1967; Кун, 1975; Поппер, 1983). Достаточно легко вывести логические следствия из малого набора основных посылок. Гораздо труднее впервые догадаться, какие именно положения следует выбрать в качестве основных. Интуитивная природа теоретического мышления придает проверке научных теорий весьма условный характер.
Важнейшая цель любой теории состоит в том, чтобы достичь как можно более цельной картины мира — так, чтобы из по возможности меньшего числа базовых гипотез логически вытекал как можно более широкий круг известных фактов. Следовательно, для сравнения теорий возможны всего три критерия истинности: простота теоретической конструкции, величина круга компетенции и соответствие опыту.
Все три критерия далеко не просты в применении при решении конкретных вопросов. Простота теории не может быть измерена и оценивается скорее на основе эстетического чувства. Соответственно, любые сравнения по этому признаку будут субъективны. При сопоставлении широты охватываемых явлений новая теория всегда будет в проигрыше: для адекватного представления ее места в науке нужно немалое время. Третий критерий — совпадение с опытом —• казалось бы, наиболее очевиден, однако на высоком уровне абстракции и он не дает решающего голоса, поскольку любое измерение имеет погрешность и никогда не совпадает точно с теоретическим ожиданием. От несовпадения, опять же, есть два пути: скептики сочтут ошибку систематической и усомнятся в правильности предсказания, более доверчивые — наоборот, отнесутся к ошибке как к случайности либо придумают дополнительное гипотетическое объяснение причины, по которой наблюдение расходится с теорией.
Поскольку все три имеющиеся критерия истинности не дают однозначной оценки, то научную теорию нельзя ни полностью подтвердить, ни окончательно отвергнуть. Гипотеза остается гипотезой, пока она развивается путем порождения новых следствий. Превращение в догму, которая не подлежит сомнению, фактически означает завершение развития — отвердение теории, предшествующее ее отмиранию. Вместе с тем, получается, что принять или отвергнуть новую теорию — вопрос скорее вкуса, чем объективного знания. Наиболее яркий тому пример — Николай Коперник, для которого решающим критерием в вопросе о справедливости гелиоцентрической модели Солнечной системы был чисто эстетический аргумент: «В середине всех этих орбит находится Солнце, ибо может ли прекрасный этот светоч быть помещен ... в другом, лучшем месте, откуда он мог бы все освещать собой?» (Бернал, 1956).
Неудивительно, что гелиоцентрическая теория в течение 100 лет после смерти Коперника приобрела очень малое число сторонников (Кун, 1975), однако это нормально. Современники вообще чаще скептически относятся к новым большим предположениям. Примеров тому — масса. Говорят, что Сванте Аррениус провалился на защите своей диссертации о ионах и диссоциации. Точно также «не повезло» и У. Хэмилтону (W. В. Hamilton), автору ныне общепризнанной концепции отбора родственников (kin selection). Всем известная реакция Белоусова-Жаботинского сейчас входит в учебники, а открывший ее Б. П. Белоусов не смог при жизни хотя бы опубликовать данные о реакции в открытом издании (Шноль, 1997). Геометрия Лобачевского была осмеяна в печати буквально как медицинский факт (Смилга, 1968). Луи Агассиц (автор представления о ледниковых периодах) говорил о концепции естественного отбора, что надеется «пережить эту манию» (Raff, 1996). Отсюда довольно очевидно, что ученые склонны оценивать истинность теоретических положений по согласию не с опытом, а с уже имеющимися общими взглядами: старая теория препятствует становлению новой.
В итоге, теорию нельзя доказать. Она постулируется, а затем либо остается в стороне от главного пути развития науки, либо приживается в умах — к ней нужно привыкнуть. На это требуется время: ученое сообщество должно понять, что проблемы, решаемые новой парадигмой, не могут быть решены в рамках старой теории. Не зря Дарвин, завершая «Происхождение видов...», заметил, что надеется не на признание опытных натуралистов, а лишь на молодежь, которая беспристрастно взвесит все стороны вопроса (Кун, 1975).
Биология отличается от других наук тем, что все живые объекты в той или иной мере связаны общностью происхождения. Соответственно, объяснение любого биологического феномена сводится к представлению хода его эволюции: из чего и под влиянием каких направляющих факторов данный феномен произошел. Поэтому эволюционное учение играет в биологии объединяющую роль, которая, похоже, пока не имеет аналогов в небиологических науках.
Биология наших дней находится на перепутье. Существуют две теории биологической эволюции — два универсальных языка, позволяющих объяснять явления живой природы. Теории называются синтетическая (СТЭ) и эпигенетическая (ЭТЭ).
Синтетическая теория сформулирована более 70 лет тому назад и прошла долгий путь интенсивного развития, успешно преодолев многие трудности, включая скепсис оппонентов и многообещающие гипотезы оптимистически настроенных сторонников. Вместе с тем, постепенно оформился набор возражений, выдвигаемых против теории.
Эпигенетическая теория существует всего полтора десятилетия. У нее мало сторонников и еще меньше противников. Фактически, обсуждение этой теории еще не началось. К числу очевидных преимуществ эпигенетической концепции следует отнести ее совместимость с биологией развития — разделом, который, по общему признанию, несовместим с синтетической теорией. Далее рассмотрим обе теории и сравним их соответствие известным биологическим явлениям и закономерностям.