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[4] 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»,[5] 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».[6]
Различные версии организмической философии защищались многими мыслителями, включая биологов, в течение более чем пятидесяти лет.[7] 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.[8]
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.[9] 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;[10] скорее, они используют эту организмическую терминологию для создания нового способа обсуждения сложных физико-химических систем.[11] 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.[12]
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.[13]
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.[14]
Глава 1. Нерешенные проблемы биологии
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».[15]
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.
