1.1. Предпосылки успеха

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».

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.

Наиболее ярко выраженными и влиятельными из современных сторонников механистической теории являются молекулярные биологи. Их изложение теории обычно начинается с краткого отстранения от дел виталистических и организмических теорий. Они объявляются пережитками примитивных верований, которые обречены отступать все дальше и дальше, по мере продвижения механистической биологии. Затем рассуждения строятся следующим образом.

Химическая природа генетического материала, ДНК, теперь известна, и известен также генетический код, определяющий последовательность аминокислот в белках. Механизм синтеза белка уже понят достаточно глубоко. Сейчас раскрыта структура многих белков. Все ферменты — белки, а ферменты катализируют сложные цепи и циклы биохимических реакций, которые образуют метаболизм организма. Метаболизм контролируется биохимической обратной связью; известно несколько механизмов, которые могут регулировать скорость ферментативных реакций. Белки и нуклеиновые кислоты самопроизвольно агрегируют с образованием таких структур, как вирусы и рибосомы. Если набор свойств белков, а также свойств других физико-химических систем, таких как липидные мембраны, станет известен, свойства живых клеток могут быть в принципе полностью объяснены.

Ключом к решению проблем дифференциации и развития, о которых пока известно очень мало, является понимание механизма контроля синтеза белка. Способ контроля синтеза некоторых метаболических ферментов и других белков в деталях установлен для бактерии Escherichia coli. В высших организмах контроль синтеза белка осуществляется с помощью более сложных механизмов, но они скоро будут раскрыты. Таким образом, дифференциация и развитие должны быть объяснимы с помощью серий химически управляемых «переключателей», которые «включают» и «выключают» гены или группы генов.

Способ приспособления частей живых организмов к функциям целого, а также явная целенаправленность структуры и поведения живых организмов могут быть объяснены случайными генетическими мутациями, за которыми следует естественный отбор; при этом отбираются гены, увеличивающие способность организма выживать и воспроизводить; вредные мутации исключаются. Так неодарвинистская теория эволюции может объяснить целенаправленность; совершенно необязательно предполагать, что здесь участвуют какие-либо таинственные «витальные факторы». Очень мало известно о функционировании центральной нервной системы, но со временем, благодаря успехам биохимии, биофизики и электрофизиологии, станет возможным объяснить то, что мы называем разумом, на языке механизмов физико-химических процессов в мозге. Таким образом, живые организмы в принципе полностью объяснимы в терминах физики и химии. То, что мы сегодня не понимаем в механизмах развития и в деятельности центральной нервной системы, является следствием невероятной сложности этих проблем; но теперь, вооруженные новыми мощными концепциями молекулярной биологии и компьютерными моделями, мы можем взяться за решение этих задач в таких масштабах и такими способами, которые раньше были недоступны.

В свете прошлых успехов вполне понятны оптимизм и уверенность в том, что все проблемы биологии могут быть до конца решены с позиций механистического подхода. Но реалистическая оценка перспектив механистического объяснения должна опираться на нечто более серьезное, нежели историческая экстраполяция; такая оценка может быть сформирована только после рассмотрения важнейших проблем биологии и способов, которыми они предположительно могут быть решены.

1.2. Проблемы морфогенеза

Биологический морфогенез можно определить как «появление характерной и специфической формы в живых организмах». Первая проблема есть именно та, что форма обретает существование. Биологическое развитие эпигенетическое: появляются новые структуры, которые не могут быть объяснены как результат развертывания или роста структур, которые уже присутствуют в яйце в начале развития.

Вторая проблема состоит в том, что многие развивающиеся системы способны регулировать, другими словами, если часть развивающейся системы удаляется (или если добавляется дополнительная часть), система продолжает развиваться таким образом, что образуется более или менее нормальная структура. Классическая демонстрация этого явления была проведена в 1890-е годы Г. Дришем в его экспериментах на эмбрионах морского ежа. Когда одну из клеток очень молодого эмбриона на двухклеточной стадии развития убивали, из оставшейся клетки развивалась не половина морского ежа, но совершенно целый морской еж, хотя и меньшего размера. Точно так же маленькие, но целые организмы развивались после разрушения любых одной, двух или трех клеток эмбриона на четырех-клеточной стадии. Напротив, после слияния двух молодых эмбрионов морского ежа развивался один гигантский морской еж.

Регуляция была продемонстрирована на многих развивающихся системах. Однако в процессе развития организма эта способность утрачивается, когда определяется судьба его отдельных частей. Но даже в системах, где эта детерминированность имеет место на ранней стадии, например в эмбрионах насекомых, регуляция может осуществляться после повреждения яйца (рис. 1).

Результаты такого типа показывают, что развивающиеся системы движутся к морфологической цели и что они обладают некоторым свойством, которое определяет эту цель и позволяет им достичь ее, даже если части системы удалены и созданы препятствия для нормального хода развития.

Рис. 1. Пример регуляции. Слева — нормальный эмбрион стрекозы Platycnemis pennipes. Справа — небольшой, но полноценный эмбрион, полученный из задней части яйца, перетянутого в середине вскоре после его откладывания (из Weiss, 1942)

Третья проблема — это регенерация, то есть способность организмов заменять или восстанавливать поврежденные структуры. Растения обнаруживают удивительно широкий диапазон возможностей регенерации, и то же можно сказать о низших животных:

например, если плоского червя разрезать на несколько кусочков, из каждого может вырасти целый червь. Даже многие позвоночные обладают поразительными способностями к регенерации: например, если хирургическим путем удалить линзу из глаза тритона, из края радужной оболочки вырастает новая линза (рис. 2); при нормальном эмбриональном развитии линза образуется совершенно другим путем, из клеток кожи. Этот тип регенерации был впервые обнаружен Г. Вольфом. Он умышленно выбрал такой вид повреждения организма, который не мог случайно произойти в природе; поэтому такой регенеративный процесс не мог быть предметом естественного отбора.

Рис. 2. Регенерация линз из границ радужной оболочки глаза тритона после хирургического удаления природной линзы (Needham, 1942)

Четвертая проблема — это просто сам факт воспроизведения: отдельная часть родительского организма становится новым организмом, часть становится целым.

Эти явления могут быть понятны, только если допустить наличие причинных сущностей, которые составляют нечто большее, нежели сумма частей развивающихся систем, и определяют цели процессов развития.

Виталисты приписывают эти свойства витальным факторам, органицисты — морфогенетическим полям, механицисты — генетическим программам.

Концепция генетических программ основана на аналогии с программами, определяющими работу компьютеров. Она предполагает, что оплодотворенное яйцо содержит предварительно сформированную программу, которая каким-то образом определяет морфогенетические задачи организма, а также координирует и контролирует его развитие в направлении, соответствующем этим задачам. Но генетическая программа должна включать нечто большее, чем химическую структуру ДНК, поскольку идентичные копии ДНК передаются всем клеткам; если бы все клетки были запрограммированы одинаково, они не могли бы развиваться различным образом. Тогда что же такое это нечто? Чтобы ответить на этот вопрос, основополагающую идею приходится представлять в виде отдельных неопределенных предположений о физико-химических взаимодействиях, каким-то образом структурированных во времени и пространстве; иначе говоря, проблема лишь предстает в иной формулировке.

Существует и другое серьезное затруднение. Компьютерная программа закладывается в компьютер разумным сознательным существом, программистом. Она создается и записывается для достижения определенной цели. Если генетическая программа рассматривается как аналог компьютерной программы, то тогда должна существовать некая целенаправленно действующая сущность, исполняющая роль программиста. Но если предположить, что генетические программы аналогичны не обычным компьютерным программам, а программам самовоспроизводящихся, самоорганизующихся компьютеров, тогда проблема состоит в том, что таких компьютеров просто не существует. А если бы даже они существовали, то должны были бы быть невероятно сложным образом запрограммированы теми, кто их изобрел. Единственный выход из этой дилеммы — утверждать, что генетическая программа построена в ходе эволюции путем сочетания случайных мутаций и естественного отбора. Но тогда подобие с компьютерной программой исчезает и эта аналогия становится бессмысленной.

Ортодоксальные механицисты отвергают идею, что кажущееся целенаправленным поведение развивающихся, регулирующих и регенерирующих организмов указывает на присутствие витального фактора, который ведет их к достижению морфологических целей. Но до тех пор, пока механистические объяснения зависят от телеологических концепций, таких как генетические программы или генетические инструкции, целенаправленность может быть объяснена только тем, что она уже была заложена в них ранее. Действительно, свойства, приписываемые генетическим программам, удивительно похожи на те, которыми виталисты наделяют свои гипотетические витальные факторы; ирония в том, что генетические программы оказываются весьма похожими на витальный фактор в механистическом облике.

Конечно, тот факт, что биологический морфогенез в настоящее время не может быть объяснен в строго механистическом духе, не доказывает, что он не может быть так объяснен никогда. Перспективы получения такого объяснения рассматриваются в следующей главе. Но на сегодняшний день убедительный ответ с механистических позиций дать невозможно.

1.3. Поведение

Если проблемы морфогенеза пугающе сложны, то еще более трудно разрешимы проблемы поведения. Во-первых, инстинкт. Обратите внимание, например, как пауки могут плести паутину, не учась этому у других пауков. Или посмотрите, как ведут себя европейские кукушки. Их птенцов выводят и воспитывают птицы других видов, и молодые кукушата никогда не видят своих родителей. В конце лета взрослые кукушки летят к своим зимним гнездовьям в Южной Африке. Примерно через месяц молодые кукушки собираются в стаи и также летят в соответствующий район Южной Африки, где присоединяются к своим старшим собратьям. Они инстинктивно знают, что должны мигрировать и когда именно; они инстинктивно узнают друг друга, собираясь в стаи; и они знают, в каком направлении надо лететь и где их место назначения.

Во-вторых, существует проблема, поставленная многочисленными примерами регуляции поведения, в которых более или менее нормальный результат достигается, несмотря на изменения в частях биологической системы. Например, собака после ампутации ноги регулирует свою двигательную активность так, что она может ходить на трех лапах. Другая собака после удаления части одного из полушарий мозга постепенно восстанавливает большинство из своих прежних способностей. Третья — преодолевает препятствия, произвольно поставленные на ее пути. Но все три собаки могут пройти от одного места до другого, к которому хотят добраться, несмотря на повреждения их двигательных органов, центральной нервной системы или изменения их окружения.

В-третьих, есть проблема обучения и разумного поведения; появляется новый способ поведения, который, очевидно, не может быть полностью объяснен предшествующими причинами.

Гигантская пропасть незнания лежит между всеми этими феноменами и установленными фактами молекулярной биологии, биохимии, генетики и нейрофизиологии. Как, например, миграционное поведение молодых кукушек можно исчерпывающе объяснить на языке ДНК и синтеза белка? Очевидно, удовлетворительное объяснение потребует большего, нежели демонстрация того, что соответствующие гены, содержащие определенные последовательности оснований в ДНК, были необходимы для этого поведения или что поведение кукушат зависело от электрических импульсов в нервах; оно потребует некоторого понимания связей между специфическими последовательностями оснований в ДНК, нервной системой птиц и их миграционным поведением. На сегодняшний день такая связь может быть определена лишь с помощью все тех же неуловимых сущностей, которые «объясняют» все явления морфогенеза: витальных факторов, морфогенетических полей или генетических программ.

Более того, понимание поведения предполагает понимание морфогенеза. Например, даже если бы все особенности поведения относительно простого низшего животного, скажем червя нематоды, могли быть детально объяснены на языке «электрических схем» (wiring) и физиологии его нервной системы, все же было бы проблемой выяснение того, каким образом нервная система с таким характерным расположением «электрических проводов» возникла в этом животном в процессе его развития.

1.4. Эволюция

Задолго до того, как была задумана менделевская генетика, многие отчетливо выделенные виды и породы домашних животных и растений были выведены путем селективного разведения (скрещивания). Нет причин сомневаться в том, что аналогичное развитие рас и видов происходит в дикой природе под влиянием, скорее, естественного, чем искусственного отбора. Неодарвинистская теория эволюции утверждает, что она может объяснить данный тип эволюции с помощью случайных мутаций. Но даже в рамках механистического мышления невозможно согласиться с тем, что этот тип мало-масштабной или микроэволюции в пределах вида может объяснить происхождение самих видов или родов, семейств и высших таксономических единиц. Представители одного научного направления полагают, что вся крупномасштабная или макроэволюция может быть объяснена с помощью длительных процессов микроэволюции; другая научная школа это отрицает и утверждает, что большие скачки происходят внезапно в процессе эволюции. Но хотя в механистической биологии мнения об относительной значимости в макроэволюции множества малых или нескольких больших мутаций расходятся, существует общее согласие в том, что все эти мутации случайны и что эволюцию можно объяснить с помощью комбинации случайных мутаций и естественного отбора.

Однако эта теория никогда не может быть воспринята иначе, как чисто спекулятивная. Свидетельства об эволюции, поставляемые главным образом ископаемыми (палеонтологией), всегда будут открыты для разнообразных интерпретаций. Например, оппоненты механистической теории могут доказывать, что эволюционные изменения нельзя полностью объяснить с помощью случайных событий, но что они обусловлены действием творческого принципа, не признаваемого механистической наукой. Более того, давления отбора, которые возникают в результате поведения и свойств самих живых организмов, можно рассматривать как зависящие от внутреннего организующего фактора, который по существу своему не механистичен.

Таким образом, проблема эволюции не может быть решена окончательно. Виталистические и организмические теории непременно включают экстраполяцию виталистических и организмических идей, точно так же как неодарвинистская теория содержит экстраполяцию механистических идей. Это неизбежно: эволюция всегда должна будет интерпретироваться в свете идей, которые уже возникли ранее на основе других предпосылок.

1.5. Происхождение жизни

Эта проблема так же неразрешима, как и проблема эволюции, по тем же самым причинам. Во-первых, никогда нельзя точно знать, что происходило в отдаленные времена. Вероятно, всегда будет изобилие спекуляций относительно обстоятельств появления жизни на Земле. Имеющиеся представления по этому вопросу включают: земное происхождение жизни в «первичном бульоне»; заражение Земли микроорганизмами, умышленно принесенными сюда на космическом корабле разумными существами с планеты, находящейся в другой солнечной системе; эволюцию жизни на кометах, содержащих органические вещества, возникшие из межзвездной пыли.

Во-вторых, даже если бы условия, при которых возникла жизнь, могли быть известны, это не пролило бы света на природу жизни. Если бы, предположим, можно было продемонстрировать, что первые живые организмы возникли из неживых агрегатов химических соединений или в результате «гиперциклов» химических процессов, в «первичном бульоне», это все равно не доказывало бы, что такие процессы полностью механистичны. Органицисты всегда могли бы возразить, что возникли новые организмические свойства, а виталисты — что витальный фактор вошел в первую живую систему именно тогда, когда она впервые появилась. Те же аргументы оказались бы пригодными даже в случае, если бы живые организмы могли быть когда-либо синтезированы искусственным путем из химикатов в пробирке.

1.6. Недостатки физического объяснения

Механистическая теория постулирует, что все явления жизни, включая поведение человека, возможно в принципе объяснить на языке физики. Помимо любых проблем, которые могут возникнуть из-за применения отдельных теорий современной физики или из-за конфликтов между ними, этот постулат сомнителен по крайней мере по двум фундаментальным причинам.

Во-первых, механистическая теория могла бы быть применима, только если бы физический мир был причинно замкнут. В отношении человеческого поведения это осуществилось бы в том случае, если ментальные состояния были бы либо вовсе нереальны, либо в некотором смысле идентичны физическим состояниям тела, или протекали бы параллельно с ними, или же представляли бы собой их эпифеномены. Но, с другой стороны, если бы ум был нефизическим и все же причинно действенным, способным взаимодействовать с телом, тогда поведение человека не могло бы быть полностью объяснимо в физических терминах. Возможность того, что ум и тело взаимодействуют, отнюдь не исключается доступными (экспериментальными) свидетельствами: в настоящее время на основе эмпирических данных не может быть сделан определенный выбор между механистической теорией и теорией взаимодействия; с научной точки зрения вопрос остается открытым. Поэтому возможно, что по крайней мере человеческое поведение даже в принципе не может быть полностью объяснено на языке физики. Во-вторых, попытка объяснить умственную деятельность, используя физические термины, предполагает неизбежную «кругообразность», связанную с тем, что сама наука зависит от умственной деятельности. Эта проблема стала очевидной в современной физике в связи с ролью наблюдателя в процессе физического измерения; принципы физики «даже не могут быть сформулированы без обращения (хотя в некоторых вариантах лишь подразумевающегося) к впечатлениям — и, следовательно, к умам наблюдателей» (Б. Д. Эспаньа). Таким образом, поскольку физика предполагает участие умов наблюдателей, эти умы и их свойства не могут быть объяснены на языке физики.

1.7. Психология

В психологии, науке об уме, проблемы взаимоотношения между умом и телом можно избежать, игнорируя существование ментальных состояний. Таков подход школы бихевиоризма, который сосредотачивает свое внимание исключительно на объективно наблюдаемом поведении. Но бихевиоризм не является проверяемой научной гипотезой, это методология. И его никак нельзя считать единственным подходом в психологии.

Другие школы психологии приняли более прямой подход, используя в качестве первичных данных субъективный опыт. Для целей нашего обсуждения нет нужды рассматривать все существующие школы и системы; достаточно будет одного примера, чтобы показать трудности биологии, возникающие при применении психологической гипотезы, разработанной в попытке объяснить эмпирические наблюдения. Психоаналитические школы постулируют, что многие аспекты поведения и субъективного опыта зависят от подсознательного или бессознательного ума. Чтобы объяснить факты, имеющие место в момент пробуждения или во сне, бессознательный ум следует наделить качествами, совершенно отличными от качеств любой известной механической или физической системы. В концепции К. Г. Юнга бессознательный ум даже не ограничен умами индивидуумов, но представляет собой субстрат, общий для всех человеческих умов, или коллективное бессознательное:

«В дополнение к нашему непосредственному (immediate) сознанию, которое имеет строго индивидуальную природу и которое, как мы полагаем, является единственной эмпирически изучаемой психикой (даже если мы присоединяем к нему в качестве приложения персональное бессознательное), существует вторая система психики, которая имеет коллективную, универсальную и безличностную природу и которая одинакова во всех индивидуумах. Это коллективное бессознательное не развивается индивидуально, но наследуется. Оно состоит из предсуществующих форм, архетипов, которые могут стать сознательными лишь вторично (опосредованно), но которые дают определенную форму данному психическому содержанию».

Юнг стремился объяснить наследование коллективного бессознательного физическими причинами, предполагая, что архетипные формы «присутствуют в семенной плазме». Но весьма сомнительно, что что-либо, обладающее свойствами архетипных форм, может быть наследуемо химически в структуре ДНК или в какой-либо иной физической или химической структуре сперматозоидов или яйцеклеток. В действительности, идея коллективного бессознательного не очень осмыслена с точки зрения современной механистической биологии, каковы бы ни были ее преимущества как психологической теории.

Однако нет априорных причин полагать, что психологические теории должны быть непременно ограничены рамками механистической позиции; они лучше вписываются в контекст теории взаимодействия (интеракционизма). Умственные феномены необязательно должны зависеть от физических законов; скорее, они должны следовать своим собственным законам.

Различие между механистическим и интеракционистским подходами можно проиллюстрировать, рассматривая проблему памяти. Согласно механистической теории, память должна каким-то образом сохраняться в мозгу. Но с позиций интеракционизма свойства ума могут быть таковы, что прошлые ментальные состояния способны влиять на настоящие состояния непосредственно, способом, который не зависит от сохранения следов физической памяти. Если бы это было так, то поиски следов физической памяти в мозгу неизбежно были бы бесплодными. И хотя было выдвинуто несколько различных механистических теорий — например, рассматривающих рефлектирующие циклы нервной активности, или изменения синаптических связей между нервами, или специфические молекулы РНК, — нет убедительных свидетельств, что любой из предложенных механизмов действительно может объяснить, что такое память.

Если память не сохраняется физически в мозгу, тогда некоторые виды памяти не обязательно должны быть ограничены умами индивидуумов; представление Юнга о наследуемом коллективном бессознательном, содержащем архетипные формы, можно интерпретировать как вид коллективной памяти.

Такие предположения, защищаемые в рамках интеракционизма, кажутся бессмысленными с механистической точки зрения. Но механистическая теория не может приниматься на веру; на сегодняшний день мысль о том, что все психологические феномены в принципе объяснимы в физических терминах, сама является не более чем спекуляцией.

1.8. Парапсихология

Во всех традиционных обществах рассказываются истории о мужчинах и женщинах, имеющих способности, кажущиеся сверхъестественными, и такие способности засвидетельствованы всеми религиями. Во многих странах мира утверждается, что различные паранормальные способности целенаправленно развиваются эзотерическими системами, такими как шаманизм, колдовство, тантрическая йога и спиритуализм. И даже в современном западном обществе постоянно сообщается о необъяснимых явлениях, таких как телепатия, ясновидение, предсказания, память о прошлых жизнях, домовых (призраках), полтергайстерах, психокинезе и так далее.

Очевидно, это область, в которой распространены предрассудки, мошенничество и легковерие. Но возможность, что кажущиеся паранормальными события действительно происходят, не может быть исключена; ответ на вопрос может быть найден лишь после исследования явления.

Научное исследование явлений, которые считаются паранормальными, продолжается уже почти столетие. Хотя в этой области физических исследований ученые обнаружили немало случаев мошенничества и нашли, что некоторые явления, кажущиеся паранормальными, на самом деле можно объяснить нормальными причинами, остается множество свидетельств, которые, по-видимому, не могут быть объяснены на основе каких-либо из известных физических принципов. Более того, многочисленные эксперименты, поставленные с целью проверки так называемого экстрасенсорного восприятия, или психокинеза, дали положительные результаты с шансами против случайного совпадения, равными тысячам, миллионам или даже биллионам против одного.

Поскольку эти явления не могут быть объяснены с помощью известных законов физики и химии, с принятой механистической точки зрения они не должны происходить. Но если они происходят, здесь возможны теоретические подходы двух типов. Первый основывается на исходном предположении, что такие явления зависят от законов физики, доселе неизвестных; второй — что они зависят от нефизических причинных факторов или связующих принципов. Большинство гипотез второго типа, выдвинутых к настоящему времени, были созданы в рамках интеракционизма. Несколько недавно предложенных гипотез основаны на формулах квантовой теории, включающих «невидимые переменные» или «разветвляющиеся вселенные», и постулируют, что ментальные состояния играют роль в определении выходов вероятностных процессов физического превращения.

Как неопределенность таких теоретических построений, так и неуловимость относящихся сюда феноменов является причиной того, что исследования в области парапсихологии прогрессируют очень медленно. Это, в свою очередь, усиливает тенденцию многих механистически мыслящих биологов игнорировать или даже отрицать свидетельства, показывающие, что эти явления действительно существуют.

1.9. Выводы

Это краткое рассмотрение широко известных проблем биологии не оставляет больших надежд на то, что все они могут быть решены исключительно на основе механистического подхода. В случае морфогенеза и поведения животных вопрос можно считать открытым; но проблемы эволюции и происхождения жизни не решаемы как таковые и не могут помочь сделать выбор между механистической и другими возможными теориями жизни; механистическая теория встречает серьезные философские затруднения в связи с проблемой ограничений физического объяснения; в отношении психологии она не имеет явных преимуществ перед теорией интеракционизма; и она противоречит несомненным фактам, когда речь идет о парапсихологических феноменах.

С другой стороны, хотя интеракционизм может быть привлекательной альтернативой в области психологии и парапсихологии, он имеет серьезный недостаток — создание пропасти между психологией и физикой. Более того, остается непонятным, каковы его биологические приложения. Если взаимодействие ума и тела влияет на поведение человека, тогда что можно сказать о поведении животных? А если нефизический причинный фактор участвует в управлении поведением животных, может ли он также играть роль в контролировании явления морфогенеза? В этом случае следует ли его рассматривать как фактор того же рода, что и предлагаемые виталистическими теориями морфогенеза? Если да, то в каком смысле виталистический фактор, контролирующий эмбриональное развитие, напоминает ум человека?

Таким образом, теория интеракционизма, рассматриваемая в общебиологическом контексте, создает больше проблем, чем решает. И она, по-видимому, не позволяет сделать какие-либо проверяемые предсказания, кроме того, что она допускает возможность пара-психологических феноменов.

Организмический подход в его настоящем состоянии также страдает тем недостатком, что он не предлагает новых путей эмпирического исследования; он не предлагает экспериментальной биологии почти ничего, кроме весьма неопределенной терминологии.

При столь ненадежных альтернативах биологические исследования должны продолжать следовать механистическому подходу, несмотря на его недостатки. На этом пути по крайней мере что-то можно выяснить, даже если главные проблемы биологии останутся нерешенными. Но хотя на короткий период это представляется единственно возможным способом действия, все же, если заглянуть в будущее, кажется разумным задать вопрос, может ли альтернативный подход развиваться конкретно и последовательно и давать проверяемые предсказания. Если такая теория может быть сформулирована, проблема морфогенеза представляет, по-видимому, наиболее доступную отправную точку.

Перспективы создания более совершенных вариантов механистической, виталистической и организмической теорий морфогенеза обсуждаются в следующей главе.

2.1. Описательное и экспериментальное исследование

Описание развития можно проводить различными путями: внешняя форма развивающегося животного или растения может быть зарисована, сфотографирована или снята на кинопленку, давая картину изменения морфологии; ее внутренняя структура, включая микроскопическую анатомию, может быть описана как ряд последовательных стадий (рис. 3); изменения физических величин, таких как вес, объем и скорость потребления кислорода, могут быть измерены; могут быть проанализированы изменения химического состава системы в целом и ее частей. Неуклонное совершенствование методов позволяет делать такие описания все более детальными: например, электронный микроскоп дает возможность изучать процессы клеточной дифференциации при гораздо более высоком разрешении, чем световой микроскоп, что позволяет увидеть много новых структур. Чувствительные аналитические методы современной биохимии позволяют измерять концентрации специфических молекул, включая белки и нуклеиновые кислоты, в очень малых образцах ткани; с помощью радиоактивных изотопов химические структуры могут быть «помечены» и можно «проследить» их изменения по мере развития системы; методы, позволяющие вызвать генетические изменения в некоторых клетках эмбрионов, дают возможность идентифицировать их генетически «меченых» потомков и проследить «по карте» их судьбу.

Рис. 3. Стадии развития эмбриона растения пастушья сумка, Capsella bursa-pastoris (по Maheshwari, 1950)

Большая часть исследований в эмбриологии и биологии развития связана с созданием фактических описаний с помощью таких методов; затем эти описания классифицируются и сравниваются, чтобы установить, как изменения различного вида соотносятся в пределах данной системы и в каких аспектах разные структуры похожи друг на друга. Эти чисто описательные результаты сами по себе не могут привести к пониманию причин развития, хотя они позволяют выдвигать гипотезы. Затем последние можно исследовать с помощью экспериментальных нарушений развития. Например, может быть изменено окружение; могут быть приложены физические или химические стимулы в определенных местах на системе или внутри нее; части системы могут быть удалены и можно изучать развитие каждой части отдельно; возможно наблюдать реакцию системы на удаление частей; можно изучать влияние сочетаний различных частей с помощью прививок или трансплантаций.

Главные проблемы, возникающие в исследованиях такого рода, были рассмотрены в первой главе (раздел 1.2): биологическое развитие эпигенетично, иначе говоря, оно происходит с изменением сложности формы и организации, которые не могут быть объяснены через развертывание или разрушение ранее сформированных, но невидимых структур. Многие развивающиеся структуры способны регулироваться, то есть производить более или менее нормальные структуры, если часть системы разрушена или удалена на достаточно ранней стадии; многие системы могут регенерировать или заменять недостающие части; а при вегетативном и половом воспроизведении новые организмы образуются из отделенных частей родительских организмов. Один из важных выводов здесь состоит в том, что в развивающихся системах судьба клеток и тканей определяется их положением внутри системы.

Все механистические, виталистические и организмические теории начинаются с некоторого набора установленных фактов и результатов, относительно которых имеется общее согласие, но они радикально различаются в своих интерпретациях.

2.2. Механизм

Современная механистическая теория морфогенеза приписывает главную роль ДНК по следующим четырем причинам. Во-первых, было обнаружено, что многие случаи наследственных различий между животными или растениями данного вида зависят от генов, которые действительно могут быть «картированы», и может быть установлено их местонахождение в определенных участках определенных хромосом. Во-вторых, известно, что химической основой генов является ДНК и что их специфичность зависит от последовательности пуриновых и пиримидиновых оснований в ДНК. В-третьих, ясно, каким образом может действовать ДНК как химическая основа наследственности: с одной стороны, она служит шаблоном для своей собственной репликации благодаря специфичности связывания в пары оснований в ее двух комплементарных нитях; с другой стороны, она служит шаблоном для последовательности аминокислот в белках. Последнюю роль она играет не прямо, а через посредника; одна из ее нитей вначале «транскрибируется» (переписывается. — Прим. пер.), образуя одну нить молекулы «передаточной» РНК (так называемой РНК-мессенджера), с которой в процессе синтеза белка «считывается» последовательность оснований по три сразу. Различные триплеты оснований придают специфические свойства различным аминокислотам, и, таким образом, генетический код «переводится» в последовательность аминокислот, которые соединяются с образованием характерных полипептидных цепей; они, в свою очередь, сворачиваются с образованием белков. Наконец, характеристики клетки зависят от ее белков: метаболизм и способность к химическому синтезу белков, некоторые из ее структур — от структурных белков, а свойства поверхности, которые позволяют ее «узнавать» другим клеткам, — от специальных поверхностных белков.

В рамках механистического образа мышления центральной проблемой развития и морфогенеза считается контроль синтеза белка. В бактериях специфические вещества, называемые стимуляторами (индукторами), могут вызывать транскрипцию специфических участков ДНК в РНК-мессенджере, которая затем служит шаблоном для синтеза специфических белков. Классическим примером является индукция фермента галактозидазы лактозой в бактерии Escherichia coli. «Включение» гена происходит через сложную систему, содержащую репрессорный белок, который блокирует транскрипцию путем связывания со специфическим участком ДНК; его способность к такой блокировке существенно уменьшается в присутствии химического индуктора. Подобным же образом осуществляется «выключение» гена специфическими химическими репрессорами. У животных и растений система «включения» и «выключения» генов более сложная и сейчас еще не вполне понятная. Дополнительные трудности возникают вследствие недавно установленного факта, что РНК-мессенджер может быть составлена из частей, транскрибированных (переписанных) с различных участков ДНК и затем специфическим образом соединенных вместе. Более того, синтез белков также контролируется на «трансляционном уровне»; синтез белка может «включаться» и «выключаться» различными факторами даже в присутствии подходящей РНК-мессенджере.

Таким образом, разные белки, производимые различными типами клеток, зависят от способа контроля синтеза белка. Единственный способ объяснения этого с механистических позиций — через физико-химические воздействия на клетки; следовательно, модели дифференциации должны зависеть от физико-химических связей в ткани. Природа этих воздействий неизвестна, и выдвигались разные варианты: градиенты концентраций специфических химических реагентов, диффузионно-реакционные системы с химической обратной связью; электрические градиенты; электрические или химические колебания (осцилляции); механические контакты между клетками или другие факторы или же комбинации различных факторов. При этом клетки должны реагировать на эти различия характерным образом. Один из существующих сейчас способов рассмотрения этой проблемы состоит в том, чтобы считать эти физические или химические факторы источниками «позиционной информации», которую клетки затем «интерпретируют» в соответствии со своей генетической программой путем «включения» синтеза определенных белков.

Эти различные аспекты центральной проблемы контроля синтеза белка интенсивно исследуются в настоящее время. Большинство механистически мыслящих биологов надеются, что решение этой проблемы приведет или по крайней мере продвинет нас к объяснению морфогенеза с чисто механистических позиций.

Чтобы оценить, насколько такое механистическое объяснение морфогенеза вероятно или даже возможно, следует рассмотреть одно за другим несколько препятствий:

(1) Возможности объяснения, приписываемые ДНК и синтезу специфических белков, существенно ограничены тем фактом, что как ДНК, так и белки различных типов могут быть очень похожи. Например, при детальном сопоставлении белков человека и шимпанзе значительное число белков оказались идентичными а другие имели лишь незначительные различия: «Определение последовательности (сиквенс) аминокислот, иммунологические методы и электрофорез дают согласующиеся оценки генетического подобия. Все эти подходы указывают на то, что средний полипептид человека более чем на 99 процентов идентичен своему обезьяньему двойнику». Сравнения так называемых неповторяющихся последовательностей ДНК (то есть частей, которые считаются генетически значимыми) показывают, что суммарное различие в последовательностях ДНК человека и шимпанзе составляет всего лишь 1,1 процента.

Подобные же сравнения различных видов мышей или плодовых мушек дрозофил обнаружили более значительные различия между этими близко связанными видами, чем между людьми и шимпанзе, что приводит к следующему выводу: «Контрасты между эволюцией молекул и организмов показывают, что эти два процесса в большой степени независимы друг от друга».

Допустим, однако, в порядке дискуссии, что наследственные различия между видами столь различными, как человек и шимпанзе, действительно можно объяснить, предположив очень малые изменения в структуре белков, или наличие различных белков в малых количествах, или генетические изменения, которые влияют на контроль синтеза белка (возможно, зависящий до некоторой степени от различий в расположении ДНК в хромосоме), или через комбинации этих факторов.

В одном организме развитие происходит в разных формах, хотя ДНК одна и та же. Рассмотрим, например, руку и ногу человека: обе содержат клетки одинакового вида (клетки мускулов, клетки соединительной ткани и т. д.) с идентичными белками и идентичной ДНК. Таким образом, различия в форме руки и ноги не могут быть приписаны ДНК как таковой; они должны быть приписаны факторам, определяющим строение органа, которые действуют различно в развивающейся руке или ноге. Высокая степень организованности в структуре тканей — например, соединение сухожилий с правой стороной кости — показывает, что эти определяющие строение факторы должны действовать с высокой точностью. Механистическая теория жизни полагает, что эти факторы должны быть физико-химическими по природе. Однако на сегодняшний день их природа неизвестна.

Даже если физические или химические факторы, определяющие процесс дифференциации, могут быть идентифицированы, все же остается проблема выяснения того, каким образом сами эти факторы организованы в начальный момент. Эта проблема может быть проиллюстрирована на двух из очень немногочисленных случаев, в которых химические «морфогены» действительно были выделены.

Рис. 4. Миграционная и кульминационная стадии двух видов плесневых грибков. Слева показаны вновь развившиеся сложные организмы, образованные агрегацией множества свободно живущих амебоидных клеток. Они мигрируют как «слизни» и затем растут вверх, дифференцируясь в стебли, несущие тела спор (Bonner, 1958)

Во-первых, в клеточных плесневых грибках свободно живущие амебоидные клетки агрегируют при определенных условиях с образованием «слизня», который после движения по земле в течение некоторого времени растет вверх, в воздух, и дифференцируется в стебель, несущий споровую массу (рис. 4). Было показано, что агрегация этих клеток зависит от относительно простого химического реагента, АМФ (аденозин 3, 5 — монофосфата). Но в образовавшемся составном организме, хотя распределение циклического АМФ связано с картиной дифференциации, «неясно, является ли распределение АМФ причиной или следствием предшествующей дифференциации». Более того, даже если это вещество играет ключевую роль в дифференциации, оно само не может объяснить ни того, почему оно распределено именно таким образом, ни того факта, что это распределение изменяется от одного вида к другому: какие-то другие факторы должны быть ответственны за сложную картину его распределения. Существует большое разнообразие мнений относительно возможной природы этих факторов.

Во-вторых, известно, что в высших растениях гормон ауксин (индолил-3-ускусная кислота) играет роль в контроле дифференциации сосудов. Но тогда что определяет производство и распределение ауксина? Возможный ответ может быть: сама дифференциация сосудов. По-видимому, ауксин выделяется дифференцирующимися сосудистыми клетками как побочный продукт расщепления белков, которое происходит по мере взросления (развития) клеток. Таким образом, система замкнута: она помогает сохранять картины дифференциации, но не объясняет, как они возникли.

Допустим, однако, в порядке дискуссии, что было бы возможно идентифицировать, какие факторы создают картину физических или химических воздействий, которые, в свою очередь, определяют картину дифференциации; предположим также, что можно определить и те способы, с помощью которых контролируются сами эти контролирующие факторы, и так далее. Тогда возникает проблема регуляции: если часть системы удалена, эта сложная последовательность физико-химических связей должна быть нарушена. Но оказывается, что каким-то образом оставшиеся части системы могут изменить свой обычный путь развития и развиваться дальше с достижением более или менее нормального конечного результата.

Обычно все согласны в том, что это проблема чрезвычайно трудная; она еще далеко не понята даже в общих чертах. Защитники механистической теории надеются, что она может быть решена с помощью большой, кропотливой работы; их оппоненты отрицают, что она может быть даже в принципе решена механистическим путем. Однако обсуждения ради можно еще раз предположить, что механистическое решение может быть найдено.

Тогда остается другая проблема — каким образом «информация о положении» вызывает свои эффекты. Простейшая возможность состоит в том, что эта информация определяется градиентом концентрации специфического (химического) реагента и что клетки под воздействием концентрации выше некоторого значения синтезируют один набор белков, а при концентрации ниже этого порога — другой. Опять-таки допустим, что этот или другие механизмы, с помощью которых эта «позиционная информация» может быть «интерпретирована», действительно могут быть выяснены. Теперь, в конце этой цепи весьма оптимистических предположений, достигается ситуация, в которой разные клетки, организованные в нужном порядке, производят различные белки.

До сих пор рассматривался набор отношений один к одному: ген «включается» специфическим стимулом, ДНК транскрибируется в РНК, а РНК переводится в определенную последовательность аминокислот, в полипептидную цепь. Но здесь простая причинная цепочка приходит к концу. Каким образом полипептидные цепи свертываются в специфические трехмерные структуры белков? Как белки приводят к появлению в клетках их характерной структуры? Как клетки агрегируют с образованием тканей с характерной структурой? И так далее. Это и есть проблемы собственно морфогенеза: синтез специфических полипептидных цепей обеспечивает основу для аппарата метаболизма и структурные материалы, от которых зависит морфогенез; но что фактически определяет организацию и структуры, в которые объединяются клетки и ткани? Механистическое толкование здесь таково, что все это может быть объяснено через физические взаимодействия и что этот процесс протекает спонтанно (самопроизвольно), при условии что нужные белки находятся в нужных местах в нужное время и в нужной последовательности. На этой ключевой стадии механистическая биология явно слагает с себя полномочия и решение проблемы морфогенеза просто возлагается на физику.

Действительно, полипептидные цепи самопроизвольно свертываются, если имеются подходящие условия, в белки с характерной трехмерной структурой. Их даже можно заставить развернуться, а затем, изменив условия, снова свернуться в пробирках, так что этот процесс не зависит от какого-либо таинственного свойства живой клетки. Более того, белковые субъединицы могут агрегировать в пробирке с образованием структур, которые в норме образуются в живых клетках: например, субъединицы белка тубулина объединяются в длинные палочкообразные структуры, называемые микротрубочками.

А еще более сложные структуры, такие как рибосомы, могут образоваться в результате самопроизвольной агрегации различных белков и компонентов РНК. Вещества других классов, например липиды клеточных мембран, также способны спонтанно агрегировать в пробирке.

По своей способности к самопроизвольной агрегации эти структуры напоминают кристаллы; многие из них действительно могут рассматриваться как кристаллические или квазикристаллические. Так что в принципе они представляют не большую или не меньшую проблему, чем обычная кристаллизация; можно допустить, что здесь протекают те же физические процессы.

Тем не менее все процессы морфогенеза, безусловно, нельзя рассматривать как процессы кристаллизации. Они должны включать множество других физических факторов: например, на формы, принимаемые мембранами, должны влиять силы поверхностного натяжения, а на структуры гелей и золей — коллоидные свойства их составляющих. И кроме того, некоторые формы могут возникать в результате статистически случайных флуктуации; простые примеры появления «порядка через флуктуации» начали изучать с точки зрения необратимой или неравновесной термодинамики в неорганических системах, и близкие по характеру процессы вполне могут протекать в клетках и тканях. Однако механистическая теория не просто предполагает, что эти и другие физические процессы играют роль в морфогенезе; она утверждает, что морфогенез можно полностью объяснить на языке физики. Что это означает? Если что-либо наблюдаемое определяется как в принципе объяснимое физически просто потому, что оно происходит, то это должно быть так по определению. Но это необязательно означает, что оно может быть объяснено с помощью известных законов физики. В отношении биологического морфогенеза можно сказать, что это объяснение может быть достигнуто, если биолог, который знает полную последовательность оснований в ДНК организма и имеет подробное описание физико-химического состояния оплодотворенного яйца и окружающей среды, в которой оно развивалось, может предсказать, основываясь на фундаментальных законах физики (то есть квантовой теории поля, уравнениях электромагнетизма, втором законе термодинамики и т. д.), во-первых, трехмерную структуру всех белков, которые будет производить этот организм; во-вторых, ферментативные и другие свойства этих белков; в-третьих, полную картину метаболизма всего организма; в-четвертых, природу и последствия всех типов позиционной информации, которая появилась бы в процессе его развития; в-пятых, структуру его клеток, тканей и органов и форму целого организма; и наконец, для животного — его инстинктивное поведение. Если все эти предсказания могут быть успешными и если, кроме того, ход процессов регуляции и регенерации также может быть предсказан a priori, это действительно стало бы убедительной демонстрацией того, что живые организмы полностью объяснимы с помощью известных законов физики. Но, конечно, ничего подобного сегодня сделано быть не может. И нет способа продемонстрировать, что такое объяснение возможно. Его вообще может не быть.

Таким образом, если механистическая теория утверждает, что все явления морфогенеза в принципе объяснимы с помощью известных законов физики, она вполне может ошибаться: так мало понятно сейчас, что, по-видимому, нет серьезных оснований для твердого убеждения в том, что с помощью известных законов можно объяснить все явления. Но это, по крайней мере, проверяемая теория: она может быть отвергнута в результате открытия нового закона физики. С другой стороны, если бы механистическая теория утверждала, что живые организмы подчиняются как известным, так и неизвестным законам природы, тогда она была бы неопровержима; это было бы просто общим утверждением о том, что объяснение возможно. Такая теория не противостояла бы органицизму и витализму, но включала бы их.

На практике механистическая теория жизни не рассматривается как строго определенная, опровергаемая научная теория; скорее, она служит для оправдания консервативного метода работы в рамках установившегося строя мысли, предлагаемого современной физикой и химией. Хотя обычно считается, что она утверждает то, что живые организмы в принципе объяснимы через известные законы физики, если бы были открыты новые законы физики и, таким образом, они стали бы известны, механистическая теория легко могла бы быть изменена так, чтобы включить и их.

Можно ли было бы такую модифицированную теорию называть механистической или нет, это лишь вопрос определения.

Когда так мало поняты явления морфогенеза и поведения, безусловно, нельзя исключить возможность, что по крайней мере некоторые из этих явлений зависят от причинного фактора, пока еще не признанного физикой. В механистическом подходе этот вопрос просто отложен. Тем не менее он остается полностью открытым.

2.3. Витализм

Витализм утверждает, что явления жизни не могут быть полностью объяснены с помощью законов физики, выведенных только на основе исследования неодушевленных систем, но что в живых организмах действует дополнительный причинный фактор. Заявление, типичное для витализма девятнадцатого века, сделал в 1844 году химик Либих: он утверждал, что, хотя химики уже могут получать органические вещества всех видов, а в будущем получат много больше, химия никогда не сможет создать глаз или лист; кроме известных причин теплоты, химического сродства и формирующей силы когезии (сцепления) и кристаллизации «в живых телах добавляется еще и четвертая причина, которая превосходит силу когезии и сочетает элементы в новые формы, так что они приобретают новые качества — формы и качества, которые не появляются нигде, кроме как в организме».

Идеи этого типа, хотя и широко распространенные, были слишком неопределенными, чтобы явить реальную альтернативу механистической теории. Только в начале двадцатого столетия неовиталистические теории были разработаны более обстоятельно. В отношении морфогенеза наиболее важными были идеи Ганса Дриша. Если бы должна была быть разработана современная виталистическая теория, концепция Дриша представляла бы для нее наилучшее основание.

Дриш не отрицал, что многие черты живых организмов могут быть поняты с помощью физико-химических закономерностей. Он был прекрасно осведомлен о достижениях физиологии и биохимии и об их потенциале для будущего открытия: «Есть много специфических химических соединений, присутствующих в организме, принадлежащих к различным классам химической системы; структура их отчасти известна, отчасти неизвестна. Но те, которые еще неизвестны, может быть, будут известны в ближайшем будущем, и, конечно, нельзя утверждать, что теоретически невозможно раскрыть структуру альбумина (белка) и определить, как его "сделать"». Он знал, что энзимы (ферменты) катализируют (ускоряют) биохимические реакции и могут это делать в пробирках. «Нет возражений по поводу того, чтобы считать почти все метаболические процессы в организме результатом действия ферментов или каталитических веществ, и единственная разница между неорганическими и органическими ферментами состоит в очень сложном характере последних и очень высокой степени их специализации». Он знал, что менделевские гены были материальными единицами, находящимися в хромосомах, и что они являются, по-видимому, химическими соединениями специфической структуры. Он полагал, что многие аспекты метаболической регуляции и физиологической адаптации могут быть объяснены с помощью физико-химических закономерностей и что вообще в организме имеется «множество процессов, которые протекают телеологически или целенаправленно на фиксированной механически определенной основе». Его мнения по этим вопросам были подтверждены последующими успехами физиологии, биохимии и молекулярной биологии.

Очевидно, Дриш не мог предвидеть все детали этих открытий, но он считал их возможными и ни в коей мере не противоречащими витализму.

В отношении морфогенеза он полагал, что «следует допустить, что машина в нашем понимании этого слова вполне может быть движущей силой органогенеза вообще, если бы только нормальное, иными словами, ничем не нарушенное развитие существовало и если бы удаление частей системы вело к фрагментарному развитию». Но в действительности во многих эмбриональных системах за удалением части эмбриона следует процесс регуляции, при котором оставшиеся ткани реорганизуют себя и создают взрослый организм более или менее нормальной формы.

Механистическая теория должна попытаться объяснить развитие через физические или химические взаимодействия между частями эмбриона. Дриш утверждает, что факт регуляции делает любую такую машиноподобную систему непостижимой, потому что она смогла сохранить целостность и произвести типичный конечный результат, в то время как ни одна сложная трехмерная машиноподобная система не может остаться единым целым после произвольного удаления ее частей.

Этот аргумент открыт для возражения, что он может быть сейчас или когда-нибудь в будущем признан недействительным и опровергнут развитием технологии. Но, по крайней мере, до сих пор он не был опровергнут. Например, хотя компьютеризованные кибернетические системы могут адекватно отвечать на функциональные нарушения некоторых типов, они делают это на основе фиксированной структуры. Но они не могут регенерировать свою собственную физическую структуру: например, если части компьютера разрушены наугад, сама машина не может ни заменить их, ни продолжать нормально функционировать. Другое создание современной технологии, имеющее отношение к делу, это голограмма, у которой могут быть удалены части, но при этом она все еще может давать полное трехмерное изображение. Однако голограмма способна это делать, только если она является частью большего функционирующего целого — лазера, зеркал и т. д. Эти структуры не будут регенерировать после разрушений произвольного характера, например после того, как лазер разбит.

Дриш полагал, что факты регуляции, регенерации и репродукции показывают, что в живых организмах есть нечто, что позволяет им оставаться целым, хотя части физического целого могут быть удалены; оно (это нечто) действует на физическую систему, но не является ее частью. Он назвал этот нефизический причинный фактор энтелехией. Дриш считал, что энтелехия организует и контролирует физико-химические процессы, протекающие при морфогенезе; по его мнению, гены ответственны за обеспечение материальных средств морфогенеза — направляемых для этого химических веществ, — но само направление их (в нужные места) производится энтелехией. Понятно, что на морфогенез могут влиять генетические изменения, которые изменяют средства морфогенеза, но это не доказывает, что его можно объяснить просто на языке генов или химических соединений, которые синтезируются с помощью этих генов. Подобным же образом нервная система обеспечивала средства для действий животных, но энтелехия организовывала активность мозга, используя его как инструмент, так же как это делает пианист, когда играет на фортепиано. Опять же, повреждение мозга может влиять на поведение, так же как повреждение фортепиано может влиять на музыку, исполняемую пианистом; но это доказывает только, что мозг является инструментом, необходимым для поведения, как фортепиано является инструментом, необходимым для игры пианиста.

Энтелехия — это греческое слово, этимология которого (en-telos) указывает на нечто, содержащее свою конечную цель в самом себе; она «содержит» цель, к которой направляется контролируемая ею система. Таким образом, если нормальный путь развития нарушен, система может достичь той же цели другим путем. Дриш считал, что развитие и поведение находятся под контролем иерархии энтелехий, которые все в конечном счете выводятся из общей энтелехии организма и подчиняются ей. Как в любой иерархической системе, например в армии, возможны ошибки, так и в живом организме энтелехии могут вести себя «глупо», как это имеет место в случаях суперрегенерации, когда вырастает лишний орган. Но такие «глупости» опровергают существование энтелехии не; более, чем ошибки армии опровергают тот факт, что солдаты являются разумными существами.

Дриш описывал энтелехию как «интенсивное многообразие», непространственный причинный фактор, который тем не менее действует в пространстве. Он подчеркивал, что это естественный (в противоположность метафизическому или мистическому) фактор, влияющий на физико-химические процессы. Он не является формой энергии, и его действие не противоречит второму закону термодинамики или закону сохранения энергии. Но тогда как же он работает?

Дриш писал свои труды в эпоху классической физики, когда было принято считать, что все физические процессы строго детерминированы и в принципе полностью предсказуемы в терминах энергии, момента и т. д. Но он полагал, что физические процессы не могут быть полностью детерминированы, поскольку в этом случае на них не могла бы влиять неэнергетическая энтелехия. Поэтому он делал вывод, что, по крайней мере в живых организмах, микрофизические процессы не могут быть полностью определены с помощью физической причинности, хотя в среднем физико-химические изменения подчиняются статистическим закономерностям. Он предположил, что энтелехия влияет на подробное расписание микрофизических процессов путем «подвешивания» (приостановки) их и освобождения из такого подвешенного состояния, когда это требуется для достижения ее целей:

«Способность временной приостановки ("подвешивания") неорганического процесса становления следует рассматривать как наиболее существенную онтологическую характеристику энтелехии… С нашей точки зрения, энтелехия совершенно неспособна удалить какое-либо «препятствие» для событий…, поскольку такое удаление потребовало бы энергии, а энтелехия неэнергетична. Мы утверждаем лишь, что энтелехия может освободить для действия то, чему она сама ранее помешала действовать, что она ранее "подвесила"».

Хотя столь смелое выдвижение концепции физического индетерминизма в живых организмах казалось совершенно неприемлемым с точки зрения детерминистской классической физики, оно выглядит гораздо менее вызывающим в свете квантовой теории. Гейзенберг вывел соотношение неопределенностей в 1927 году, и вскоре стало ясно, что положения и последовательность событий на микрофизическом уровне могут быть предсказаны только на языке вероятностей. К 1928 году физик сэр Артур Эддингтон мог уже предположить, что ум воздействует на тело путем влияния на конфигурацию квантовых событий в мозге через причинное воздействие на вероятность этих событий. «Если вероятность не противоречит смыслу своего названия, она может быть изменена (модифицирована) такими способами, которых не допустили бы обычные физические понятия». Подобные же идеи высказывал нейрофизиолог сэр Джон Экклз, который суммировал свое предположение следующим образом:

«Нейрофизиологическая гипотеза состоит в том, что «воля» модифицирует пространственно-временную активность сети нейронов путем создания пространственно-временных "полей влияния", которые становятся действующими благодаря этой уникальной детекторной функции активной коры мозга. Следует заметить, что «воля» или "влияние ума" сами имеют в какой-то степени пространственно-временной характер и потому могут оказывать столь эффективное действие».

Позднее ряд подобных, но более конкретных предположений был высказан физиками и парапсихологами (раздел 1.8).

В согласии с этими предположениями современная виталистическая теория могла бы основываться на гипотезе, что энтелехия, используя терминологию Дриша, организует физико-химические системы путем воздействия на физически недетерминированные события в статистических пределах, устанавливаемых энергетической причинностью. Чтобы действовать подобным образом, она сама должна обладать пространственно-временной организацией.

Но тогда как энтелехия приобретает такую организацию? Возможный ответ предлагается интеракционистской теорией памяти, описанной в разделе 1.7. Если воспоминания физически не сохраняются в мозгу, но каким-то образом способны действовать непосредственно через время, то они не должны быть ограничены индивидуальным мозгом, они могут переходить от человека к человеку, или своего рода «обобщенная» память должна наследоваться от бесчисленных индивидов прошлого.

Эти идеи можно обобщить, включив сюда инстинкты животных. Инстинкты могут наследоваться через коллективную память видов; инстинкт здесь выступает как привычка, приобретенная не только индивидом, но видом как целым.

Подобные идеи уже высказывались многими авторами, например исследователь психических явлений У. Карингтон предположил, что инстинктивное поведение, такое как плетение паутины у пауков, «может быть обусловлено тем, что индивидуальное существо (например, паук) включено в большую систему (или коллективное подсознательное, если угодно), в которой сохраняется весь опыт данного вида в области плетения паутины. Зоолог сэр Алистер Харди развил эту идею, предположив, что этот обобществленный опыт действует как своего рода «психический проект»:

«Могут быть два параллельных потока информации: код ДНК, обеспечивающий возможность действия отбора на изменяющуюся физическую форму органического потока, и психический поток обобществленного опыта — подсознательный «проект» вида, который вместе с окружающей средой будет отбирать тех особей в популяции, которые способны лучше продолжать жизнь вида».

В этих предположениях способ наследования, зависящий от нефизических процессов, подобных памяти, ограничен сферой поведения. Дальнейшее обобщение этой идеи с включением наследования формы привело бы к ее соприкосновению с концепцией Дриша об энтелехии: характерный рисунок, налагаемый на физико-химическую систему энтелехией, зависел бы от пространственно-временной организации самой энтелехии в результате процесса наподобие памяти. Например, эмбрион морского ежа развивался бы так, как он развивается, поскольку его энтелехия содержит «память» о процессах развития всех предшествовавших морских ежей; более того, «память» личиночных и взрослых форм предшествовавших морских ежей давала бы возможность энтелехии направлять развитие к соответствующим нормальным формам, даже если эмбрион был поврежден, что объясняет феномен регуляции.

Итак, возможная виталистическая теория морфогенеза может быть в итоге сформулирована следующим образом: генетическое наследование ДНК определяет все белки, которые организм способен синтезировать. Но организация клеток, тканей и органов, а также координация развития организма как целого определяется энтелехией. Последняя наследуется нематериальным путем от живших в прошлом представителей того же вида; она не является разновидностью вещества или энергии, хотя и действует на физико-химические системы контролируемого ею организма. Такое воздействие возможно, поскольку энтелехия работает как набор «скрытых переменных», которые влияют на вероятностные процессы.

Такая теория, безусловно, не бессмысленна и, воз можно, могла бы быть проверена экспериментально, но она кажется существенно неудовлетворительной просто потому, что она виталистическая. Энтелехия есть понятие существенно нефизическое по определению; даже несмотря на то, что она может, согласно гипотезе, действовать на материальные системы путем создания набора переменных, которые с точки зрения квантовой теории являются скрытыми, это все равно было бы действием чужеродного на чужеродное. Физический мир и нефизическая энтелехия никогда не могут быть объяснены или поняты на одном и том же языке.

Этот дуализм, присущий всем виталистическим теориям, кажется особенно условным в свете открытий молекулярной биологией «самосборки» таких сложных структур, как рибосомы и вирусы, что указывает на отличие от кристаллизации лишь в степени, но не в качестве. Хотя самоорганизация целостных живых организмов более сложна, чем у рибосом и вирусов, и приводит к значительно большей внутренней гетерогенности, здесь имеется достаточное сходство, чтобы предположить и в этом случае различие лишь в степени. Так, по крайней мере, предпочитают думать последователи как механистических, так и организмических теорий.

Возможно, виталистическую теорию следовало бы принять, если бы нельзя было себе представить другого удовлетворительного объяснения феноменов жизни. В начале этого века, когда казалось, что витализм является единственной альтернативой механистической теории, он пользовался значительной поддержкой, несмотря на присущий ему дуализм. Но развитие организмической теории в последние 50 лет предложило другую возможность, которая, включив многие аспекты витализма, но в более широкой перспективе, значительно превзошла его.

2.4. Органицизм

Организмические теории морфогенеза развивались под различными влияниями: некоторые — из философских систем, особенно теории А. Н. Уайтхеда и Дж. К. Сматса; другие — из современной физики, в частности из теории поля; третьи — из гештальт-психологии, которая сама испытывала сильное воздействие концепции физических полей; а некоторые — из витализма Дриша.

Эти теории рассматривают те же проблемы, которые Дриш считал неразрешимыми с механистических позиций, — регуляцию, регенерацию и репродукцию, — но там, где для объяснения свойств целостности и направленности, проявляемых развивающимися организмами, Дриш предлагал нефизическую энтелехию, органицисты предложили морфогенетические (или эмбриональные, или свойственные развитию) поля.

Эта идея была выдвинута независимо А. Гурвичем в 1922 и П. Вейсом в 1926 году. Однако, помимо утверждения, что морфогенетические поля играют важную роль в контроле морфогенеза, ни один из этих авторов не определял, что такое эти поля и как они работают. Терминология полей вскоре была воспринята другими учеными, работающими в области биологии развития, но она оставалась слабо разработанной, хотя и служила для создания аналогий между свойствами живых организмов и неорганических электромагнитных систем. Например, если магнит из железа разрезан на две половинки, получаются два целых магнита, благодаря свойствам магнитного поля; подобно этому, морфогенетические поля предлагались как объяснение «целостности» отделенных частей организмов, которые были способны вырасти в целые организмы.

Рис. 5. Часть «эпигенетического ландшафта», иллюстрирующая концепцию хреоды как канализированного пути изменения (из Waddington, 1957)

К. X. Уоддингтон предложил более широкое толкование морфогенетических полей, включив в рассмотрение временной аспект развития. Он назвал эту новую концепцию хреодой (от греческого chrē — необходимо и hodos — путь) и иллюстрировал ее с помощью простого трехмерного «эпигенетического ландшафта» (рис. 5). В этой модели путь, по которому движется шарик, когда он катится вниз, соответствует истории развития определенной части яйца. По мере развития эмбриологии появляются разветвляющиеся серии альтернативных путей развития, представленные «долинами». Они соответствуют путям развития различных типов органа, ткани и клетки. В организме они вполне различимы: например, почка и печень имеют различные структуры и не переходят друг в друга через серию промежуточных форм. Развитие канализировано по направлению к определенным конечным точкам. Генетические изменения, или пертурбации, в окружающей среде могут «толкнуть» направление развития (представленное путем, по которому движется шарик) из глубины «долины» на соседний «холм», но, если оно не будет переброшено через вершину холма в соседнюю долину, процесс развития найдет путь назад. Он вернется не к начальной точке, а к более поздней позиции на канализованном пути изменений. Это представляет регуляцию.

Концепция хреоды очень близка идее морфогенетических полей, но она делает явным измерение времени, которое в морфогенетических полях присутствует в неявном виде.

Недавно обе эти концепции были существенно продвинуты математиком Рене Томом, который сделал попытку создать математическую теорию, описывающую не только морфогенез, но также поведение и язык. Его главной задачей было найти подходящий математический формализм для этих проблем, которые до сих пор не поддавались математической обработке. Конечная цель состоит в том, чтобы построить математические модели, соответствующие процессам развития настолько близко, насколько это возможно. Эти модели должны быть топологические, скорее, качественные, чем количественные, и не должны зависеть от какой-либо конкретной схемы причинного объяснения: «Одна существенная особенность применения нами локальных моделей состоит в том, что мы ничего не подразумеваем под "конечной природой реальности"; даже если она когда-либо обнаружится посредством анализа, слишком сложного для описания, только часть ее проявления — так называемые «наблюдаемые» (observ-ables) в конечном счете пригодны для макроскопического описания системы. Фазовое пространство нашей динамической модели определено с использованием лишь таких «наблюдаемых» и без ссылок на какие-либо более или менее хаотические базовые структуры».

Проблема с этим подходом состоит в том, что он является по существу описательным; он мало что дает для объяснения морфогенеза. Это характерно для всех существующих организмических теорий морфогенеза. Сравним, например, хреоду Уоддингтона и энтелехию Дриша. Обе заключают в себе идею о том, что развитие направляется и располагается (канализируется) в пространстве и времени чем-то, что само не может рассматриваться как принадлежащее определенному месту и времени; оба видят это что-то как содержащее в самом себе конец и цель процесса развития, и вследствие этого оба предлагают способ объяснения регуляции. Главное различие между ними состоит в том, что Дриш пытался разъяснить, как предложенный им процесс может работать на практике, а Уоддингтон этого не делал. Концепция хреоды была менее уязвима для критики, потому что оставалась столь неопределенной. Фактически, Уоддингтон рассматривал концепции хреоды и морфогенетических полей как «по существу способ, удобный для описания». Подобно многим другим органицистам, он отрицал, что предлагает оперировать чем-либо другим, нежели известными физическими причинами. Однако не все органицисты это отрицали, некоторые оставляли вопрос открытым. Такое явно уклончивое поведение можно проиллюстрировать следующим обсуждением морфогенетического поля у Б. К. Гудвина:

«Один аспект поля состоит в том, что на него могут влиять электрические силы. Было обнаружено, что другие развивающиеся и регенерирующие организмы имеют интересную и значительную электрическую сеть, но я не хотел бы предположить, что морфогенетическое поле имеет по существу электрическую природу. Химические вещества также влияют на полярность и другие пространственные аспекты развивающихся организмов; но опять-таки я не хотел бы делать отсюда вывод, что морфогенетическое поле имеет по существу химическую или биохимическую природу. Мое убеждение состоит в том, что исследование этого поля должно проводиться при допущении, что оно имеет природу какую-либо из упомянутых, или никакую из них, или все сразу; но я считаю, что, несмотря на агностицизм в отношении его материальной природы, оно играет главную роль в процессе развития».

Открытость этой позиции делает ее наиболее многообещающей отправной точкой для построения обстоятельной организмической теории морфогенеза. Но очевидно, что, если морфогенетические поля считаются полностью объяснимыми с помощью известных физических принципов, они представляют собой не что иное, как неясную терминологию, наложенную на усложненную версию механистической теории. Только если допускается, что они играют причинную роль, не признанную физикой сегодня, может быть построена теория, доступная проверке. Такая возможность исследуется в следующих главах.

3.1. Проблема формы

Не очевидно, что форма вообще представляет какую-то проблему. Окружающий нас мир полон форм, мы узнаем их в каждом акте восприятия. Но легко забываем, что существует глубокая пропасть между этим аспектом нашего опыта, который мы воспринимаем просто как само собой разумеющееся, и количественными факторами, которыми занимается физика: массой, моментом, энергией, температурой, давлением, электрическим зарядом и т. д.

Соотношения между количественными факторами физики могут быть выражены математически, и физические изменения — описаны с помощью уравнений. Создание этих уравнений возможно, потому что сохраняются фундаментальные физические величины в соответствии с принципами сохранения массы и энергии, момента, электрического заряда и т. д.: общее количество массы и энергии, момента, электрического заряда и некоторых других величин перед данным физическим изменением равно их общему количеству после него. Но форма не входит в эти уравнения: она не является векторной или скалярной величиной и она не сохраняется. Например, если букет цветов был брошен в печь и превратился в пепел, общее количество вещества и энергии остается тем же, но форма цветов просто исчезает.

Физические величины можно измерить инструментами с высокой степенью точности. Но формы не могут быть измерены в количественных единицах, да этого и не нужно даже ученым. Ботаник не измеряет различие между двумя видами по показаниям шкалы прибора; и энтомолог не распознает бабочек с помощью какого-либо механизма, как и анатом — кости и гистолог — клетки. Все эти формы распознаются непосредственно. Затем образцы растений сохраняются в гербариях, бабочки и кости — в шкафах, а клетки — на предметных стеклах микроскопа. Как формы, они просто являются сами собой, их нельзя свести к чему-либо еще. Описание и классификация форм фактически есть главная задача многих областей науки; даже в такой точной науке, как химия, главная цель состоит в определении форм молекул, представляемых в виде диаграмм как двумерные «структурные формулы» или как трехмерные модели типа «шарики и палочки».

Формы почти всех простейших систем могут быть представлены только визуально, в виде фотографий, рисунков, диаграмм или моделей. Их нельзя представить математически. Даже наиболее продвинутые топологические методы еще недостаточно разработаны, чтобы давать математические формулы, скажем, жирафа или дуба. Некоторые из новых методов, разработанных Томом и другими, со временем, возможно, могут быть использованы для решения подобных проблем, но здесь есть математические трудности не только практического, но и принципиального характера.

Если простое описание даже простейших статических форм представляет математическую проблему неимоверной сложности, то описание изменения формы, или морфогенеза, еще труднее. Это предмет созданной Томом «теории катастроф», которая классифицирует и описывает в общих терминах возможные типы изменения форм, или «катастрофы». Он применяет свою теорию к рассмотрению проблем морфогенеза путем конструирования математических моделей, в которых конец или цель морфогенетического процесса — конечная форма представлена аттрактором в морфогенетическом поле. Он постулирует, что каждый объект, или физическая форма, может быть представлен таким аттрактором и что весь морфогенез «может быть описан через исчезновение аттракторов, представляющих начальные формы, и их замещение путем захвата аттракторами, представляющими конечные формы». Для разработки топологических моделей, которые соответствуют частным морфогенетическим процессам, найдены формулы в результате сочетаний проб и ошибок с вдохновенными догадками. Если математическое выражение дает слишком много решений, в него должны быть введены ограничения; а если функция слишком ограничена, вместо нее используется более общая функция. С помощью таких методов Том надеется со временем получить возможность построить топологические выражения, которые соответствуют деталям реальных морфогенетических процессов. Но даже если эта надежда оправдается, такие модели, вероятно, не позволят делать количественные предсказания. Их главная ценность в том, что они могут привлечь внимание к формальным аналогиям между различными типами морфогенеза. На первый взгляд для этого топологического подхода кажется наиболее приемлемым математический формализм теории информации. Но на самом деле область применения теории информации очень ограниченна. Изначально она была разработана инженерами телефонных устройств в связи с передачей посланий от источника через канал к приемнику; она занималась главным образом тем, как характеристики канала влияют на количество информации, которая может быть передана за данное время. Один из основных результатов состоит в том, что в закрытой системе приемнику не может быть передано информации больше, чем содержалось в источнике, хотя форма информации может быть изменена, например, от точек и тире азбуки Морзе можно перейти к словам. Информационное содержание события определяется не тем, что случилось, но лишь по его отношению к тому, что могло бы случиться вместо него. Для этого обычно используются бинарные символы, и тогда информационное содержание передаваемого образа определяется числом положительных или отрицательных решений, которое требуется для выбора класса этого образа среди известного числа классов.

В биологии эта теория имеет некоторое отношение к количественному исследованию передачи импульсов нервными волокнами; в меньшей степени она относится к передаче последовательности оснований ДНК родителей к ДНК их потомства, хотя даже в таком простом случае она может приводить к серьезным ошибкам, поскольку в живых организмах случаются события, которые не происходят в телефонных проводах: мутации генов, инверсии частей хромосом, транслокации и др. Но теория информации неприложима к биологическому морфогенезу: она рассматривает только передачу информации в закрытых системах и не может допустить, чтобы при этом происходило увеличение количества информации. Развивающиеся организмы — это не закрытые системы, и их развитие эпигенетично, то есть сложность формы и организации возрастает. Хотя механистически мыслящие биологи часто говорят о «генетической информации», «позиционной информации» и т. д., как будто эти термины имеют какое-то вполне определенное значение, это не более чем иллюзия: они лишь заимствуют жаргон теории информации, пренебрегая ее научной строгостью.

Однако, даже если бы каким-либо методом могли быть построены достаточно детальные математические модели морфогенетических процессов и даже если бы они давали предсказания, согласующиеся с экспериментальными фактами, все же оставался бы вопрос, чему эти модели соответствуют. Тот же вопрос ставится самим фактом согласия математических моделей с эмпирическими наблюдениями в любой области науки.

Один из ответов дает математический мистицизм пифагорейского типа: считается, что Вселенная зависит от фундаментального математического порядка, который каким-то образом порождает все эмпирические феномены; этот трансцендентный порядок выявляется и становится доступным пониманию только с помощью математических методов. Несмотря на то что такая позиция редко высказывается в явном виде, она пользуется большим влиянием в современной науке и, более или менее завуалированная, часто встречается среди математиков и физиков.

Другой вариант ответа состоит в том, что соответствие моделей эксперименту объясняется тенденцией нашего ума искать и находить порядок в опыте: упорядоченные структуры математики, творения человеческого разума накладываются на опыт, и те из них, которые не согласуются с опытом, отбрасываются; таким образом, в результате процесса, напоминающего естественный отбор, сохраняются математические формулы, которые дают наилучшее соответствие. С этой точки зрения научная деятельность направлена только на разработку и эмпирическую проверку математических моделей более или менее изолированных и определяемых объектов нашего мира; она не может привести к фундаментальному пониманию реальности.

Однако в отношении проблемы формы существует иной подход, который не нуждается ни в принятии пифагорейского мистицизма, ни в отказе от возможности объяснения. Если формы вещей должны быть поняты, они могут быть объяснены не обязательно на языке чисел, но с помощью более фундаментальных форм. Платон считал, что формы в мире чувственного опыта подобны несовершенным отражениям трансцендентных, архетипных Форм, или Идей. Но эта доктрина, испытывающая сильное влияние мистицизма пифагорейцев, не могла объяснить, как вечные Формы относятся к миру изменчивых явлений. Аристотель полагал, что эту проблему можно разрешить, рассматривая формы вещей скорее как имманентные, нежели как трансцендентные: специфические формы не только были присущи объектам, но фактически были причиной того, что объекты принимали характерные формы.

Такая альтернатива пифагорейскому мистицизму была предложена в современных немеханистических теориях морфогенеза. В системе Дриша, которая явно опиралась на систему Аристотеля, специфические формы живых организмов возникают в результате действия неэнергетического фактора, энтелехии. Морфогенетические поля и хреоды органицистов играют подобную же роль в направлении морфогенетических процессов к созданию специфических конечных форм. Но природа этих полей и хреод до сих пор оставалась неясной.

Эта неясность может быть отчасти обусловлена платоновской тенденцией большей части организмической мысли, наиболее отчетливо представленной в философской системе Уайтхеда. Уайтхед постулировал, что все подлинные события включают то, что он назвал Вечными Объектами; последние в совокупности образуют сферу возможности и включают все возможные формы; действительно, они сильно напоминают платоновские Формы. Но, очевидно, метафизическое понятие метафизических полей как аспектов платоновских Форм, или Вечных Объектов, не особенно ценно для экспериментальной науки. Только если они рассматриваются как физические сущности, которые производят физические эффекты, они могут помочь прийти к научному пониманию морфогенеза.

Организмическая философия включает как биологию, так и физику; следовательно, если принимается, что морфогенетические поля играют причинную роль в биологическом морфогенезе, они также должны играть причинную роль в морфогенезе более простых систем, таких как кристаллы и молекулы. Такие поля не признаются в существующих физических теориях. Поэтому важно исследовать вопрос о том, в какой степени эти теории способны объяснить морфогенез чисто химических систем. Если они могут обеспечить адекватное объяснение, тогда идея морфогенетических полей не представляет интереса; но если не могут, тогда открыт путь для новой гипотезы причинности формы через морфогенетические поля, как в биологических, так и в небиологических системах.

3.2. Форма и энергия

В ньютоновской физике вся причинность рассматривалась на языке энергий, с позиций принципа движения и изменения.

Все движущиеся вещи имеют энергию — кинетическую энергию движущихся тел, тепловые колебания и электромагнитное излучение, — и эта энергия может вызывать движение других тел. Покоящиеся вещи также могут обладать энергией, а именно потенциальной энергией, обусловленной их стремлением к движению; они покоятся лишь потому, что их удерживают силы, противостоящие этому стремлению.

Предполагалось, что гравитационное притяжение зависит от силы, которая действует на расстоянии, вызывая движение тел или сообщая им стремление к движению, или потенциальную энергию. Однако причина существования самой этой силы притяжения оставалась неизвестной. В противоположность этому сейчас гравитационные и электромагнитные явления объясняются на языке полей. В то время как ньютоновские силы мыслились как возникающие каким-то неизвестным образом из материальных тел и распространяющиеся из них в пространстве, в современной физике первичными считаются поля: они лежат в основании как материальных тел, так и пространства между ними.

Картина усложняется тем, что имеются поля различных типов. Во-первых, гравитационное поле, которое в общей теории относительности Эйнштейна приравнивается к пространству-времени, и считается, что оно искривляется в присутствии вещества. Вовторых, электромагнитное поле, в котором локализованы электрические заряды и через которое электромагнитные излучения распространяются как вибрационные возмущения. Согласно квантовой теории, эти возмущения есть подобные частицам фотоны, связанные с дискретными квантами энергии. В-третьих, в квантовой теории поля вещества субатомные частицы рассматриваются как кванты возбуждения материальных полей. Каждый сорт частиц имеет свой особый вид поля: протон — это квант протон-антипротонного поля, электрон — квант электрон-позитронного поля и так далее.

В этих теориях физические явления объясняются с помощью комбинации концепций пространственных полей и энергии, а не только на языке энергий. Таким образом, хотя энергия может считаться причиной изменения, порядок изменения зависит от пространственной структуры полей. Эти структуры производят физические эффекты, но они сами по себе не являются видами энергии; они действуют как «геометрические», или пространственные, причины. Принципиальное различие между этой идеей и представлением об исключительно энергетической причинности иллюстрируется контрастом между теориями гравитации Ньютона и Эйнштейна: например, согласно первой теории, Луна движется вокруг Земли, потому что притягивается к ней силой притяжения; согласно второй — Луна делает это, поскольку искривлено само пространство, в котором она движется.

Рис. 6. Диаграмма, представляющая нестабильное (А), стабильное (В) и отчасти стабильное (С) состояния

Современное понимание структуры химических систем зависит от представлений квантовой механики и электромагнетизма; гравитационные эффекты незначительны, и ими можно пренебречь. Возможные способы соединения атомов друг с другом даются известным из квантовой механики уравнением Шредингера, которое позволяет рассчитывать орбитали электронов на языке вероятностей; в квантовой теории поля вещества эти орбитали могут рассматриваться как структуры в электрон-позитронном поле. Но поскольку электроны и ядра атомов несут электрический заряд, они также связаны с пространственными структурами электромагнитных полей и, следовательно, с потенциальными энергиями. Не все возможные пространственные сочетания данного числа атомов имеют одинаковую потенциальную энергию, и только сочетание с наименьшей потенциальной энергией будет стабильно по причинам, указанным на рис. 6. Если система находится в состоянии с энергией большей, чем в возможных альтернативных состояниях, любое малое смещение (например, из-за теплового возбуждения) приведет к ее переходу в другое состояние (А). Если, с другой стороны, она находится в состоянии с энергией меньшей, чем в возможных альтернативных состояниях, после небольшого смещения она вернется в это исходное состояние, которое будет стабильным (В). Система может также временно находиться в состоянии, которое не является наиболее стабильным до тех пор, пока она не сдвинута выше «порогового» уровня (С); когда это случается, она переходит в более стабильное состояние с меньшей энергией.

Эти энергетические соображения определяют, какое состояние химической структуры является наиболее стабильным, но они не объясняют пространственные характеристики этого состояния; эти характеристики представлены на рис. 6 как линии, по которым катится шарик и которые действуют как барьеры, ограничивающие его движение. Эти барьеры зависят от пространственных структур, образуемых полями вещества и электромагнетизма.

Согласно второму закону термодинамики, спонтанные процессы в закрытой системе стремятся к состоянию равновесия; когда это происходит, изначальные различия в температуре, давлении и т. д. между различными частями системы стремятся к нулю. На техническом языке энтропия изолированной макроскопической системы либо остается постоянной, либо возрастает.

Значение этого закона в популярных изложениях часто преувеличивается; в частности, термин «энтропия» употребляется как синоним «беспорядка». Тогда возрастание сложности организации, происходящее в процессе эволюции и развития живых организмов, оказывается противоречащим принципу возрастания энтропии. Это затруднение возникает из-за непонимания границ применения науки термодинамики. Во-первых, он применим только к закрытым системам, тогда как живые организмы — это открытые системы, обменивающиеся с окружающей средой веществом и энергией. Во-вторых, он имеет дело только с внутренними отношениями между теплом и другими формами энергии: он применим к энергетическим факторам, которые влияют на химические и биологические структуры, но не объясняет возникновения этих структур. И в-третьих, техническое определение энтропии слабо связано с каким-либо нетехническим понятием беспорядка; в частности, оно не имеет отношения к порядку того типа, который существует в химических и биологических системах. Согласно третьему закону термодинамики, при абсолютном нуле температуры энтропии всех чистых твердых кристаллических веществ равны нулю. С термодинамической точки зрения они совершенно упорядочены, поскольку в этом случае нет беспорядка, обусловленного тепловым возбуждением. Но все они упорядочены одинаково: нет различия в энтропии между простым кристаллом соли и кристаллом чрезвычайно сложной органической макромолекулы, такой как гемоглобин. Это означает, что большая структурная сложность последней не может быть измерена с помощью энтропии.

Контраст между порядком в смысле химической или биологической структуры и термодинамическим порядком вследствие неравных температур и т. д. в большой системе, состоящей из бесчисленных атомов и молекул, можно проиллюстрировать на примере процесса кристаллизации. Если раствор соли в сосуде поместить в охлаждаемый объем, то при охлаждении раствора соль кристаллизуется. Вначале составляющие его ионы равномерно распределены в растворе, но, когда происходит кристаллизация, они упорядочиваются в кристаллах, и сами кристаллы также упорядочиваются, образуя макроскопические симметричные структуры. С морфологической точки зрения произошло значительное увеличение порядка; но с точки зрения термодинамики имеет место уменьшение порядка, возрастание энтропии, вследствие выравнивания температуры в системе (раствор и его окружение) и высвобождения тепла в процессе кристаллизации, что приводит к увеличению теплового возбуждения молекул растворителя.

Подобным же образом, когда эмбрион животного растет и развивается, происходит возрастание энтропии термодинамической системы, состоящей из эмбриона и окружения, из которого он получает питание и в которое он отдает тепло и выделяет продукты обмена. Второй закон термодинамики подчеркивает эту зависимость живых организмов от внешних источников энергии, но он никак не может объяснить их специфические формы.

Используя наиболее общие термины, можно сказать, что форма и энергия обратно пропорциональны друг другу: энергия есть принцип изменения, а форма, или структура, может существовать лишь до тех пор, пока она сохраняет определенную стабильность и сопротивление изменению. Это противостояние вполне очевидно в отношении между состояниями вещества и температурой. При достаточно низких температурах вещества существуют в кристаллических формах, в которых организация молекул демонстрирует высокую степень регулярности и порядка. Когда температура повышается, тепловая энергия в некоторой точке вызывает разрушение кристаллической формы, твердое вещество плавится. В жидком состоянии молекулы располагаются в короткоживущих (преходящих) структурах, которые постоянно смещаются и изменяются. Силы между молекулами создают поверхностное натяжение, которое придает простые формы жидкости в целом, как в сферических каплях. При дальнейшем повышении температуры жидкость испаряется; в газообразном состоянии молекулы изолированы и ведут себя более или менее независимо друг от друга. При еще более высоких температурах сами молекулы распадаются на атомы, а при дальнейшем повышении температуры даже атомы распадаются с образованием газа из смеси электронов и атомных ядер или плазмы.

Если эта последовательность рассматривается в обратном порядке, то по мере понижения температуры появляются все более сложные и организованные структуры, вначале наиболее стабильные и в конце наименее стабильные. Когда плазма охлаждается, соответствующие количества электронов собираются вокруг атомных ядер на своих орбиталях. При более низких температурах атомы соединяются в молекулы. Затем, по мере того как газ конденсируется в капли, в игру вступают супрамолекулярные силы. Наконец, когда жидкость кристаллизуется, устанавливается высокая степень супрамолекулярного порядка.

Эти формы появляются самопроизвольно. Их нельзя объяснить на языке внешней энергии, кроме как в негативном смысле — что они могут возникнуть и существовать только ниже некоторой температуры. Их можно объяснить через внутреннюю энергию только до той степени, что из всех возможных структур будет стабильна лишь та, которой соответствует наименьшая потенциальная энергия, поэтому система будет стремиться спонтанно принять именно такую структуру.

3.3. Предсказание химических структур

Квантовая механика может описать в деталях электронные орбитали и энергетические состояния простейшей из всех химических систем — атома водорода. Для более сложных атомов и даже для простейших химических молекул ее методы уже не столь точны, сложность вычислений становится непреодолимой и могут использоваться только приближенные методы. Для сложных молекул и кристаллов детальные вычисления невозможны, по крайней мере на практике. Структуры молекул и расположение атомов внутри кристаллов могут быть определены эмпирическим путем, химическими и кристаллографическими методами; эти структуры действительно могут быть более или менее предсказуемы химиками и кристаллографами на основе эмпирических законов. Но это сильно отличается от фундаментального объяснения химических структур с помощью волнового уравнения Шредингера.

Важно осознать это серьезное ограничение квантовой механики. Конечно, она помогает достичь качественного или полуколичественного понимания химических связей и некоторых аспектов кристаллов, таких как различие между изоляторами и проводниками. Но она, исходя из своих начальных принципов, не позволяет предсказать формы и свойства даже простых молекул и кристаллов. Ситуация становится еще хуже для жидкого состояния, для которого до сих пор нет удовлетворительного количественного описания. И не стоит строить иллюзии относительно того, что квантовая механика может дать детальное и точное объяснение форм и свойств очень сложных молекул и агрегатов макромолекул, изучаемых биохимиками и молекулярными биологами, не говоря уже о гораздо большей сложности форм и свойств даже простейшей живой клетки.

Сейчас настолько распространено убеждение в том, что химия может обеспечить прочное основание для механистического понимания жизни, что кажется необходимым подчеркнуть, насколько шатки основы физической теории, на которые опирается сама химическая наука. По словам Лайнуса Полинга:

«Мы можем верить физику-теоретику, который говорит нам, что все свойства можно рассчитать с помощью известных методов — решения уравнения Шредингера. Однако в действительности мы видели, что за 30 лет, прошедшие с открытия уравнения Шредингера, было сделано всего лишь несколько точных неэмпирических квантово-механических расчетов свойств веществ, в которых заинтересован химик. Для получения большей части информации о свойствах веществ химик все еще должен опираться на эксперимент».

Хотя это было опубликовано двадцать лет назад и с тех пор были достигнуты значительные успехи в совершенствовании приближенных методов вычислений в квантовой химии, положение по существу не изменилось и сегодня.

Тем не менее можно возразить, что детальные расчеты в принципе могут быть сделаны. Но, даже допустив ради дискуссии, что такие расчеты можно осуществить, нельзя утверждать заранее, что они будут верными, то есть будут согласовываться с эмпирическими наблюдениями. Так что в настоящее время нельзя считать доказанным традиционное допущение о том, что сложные химические и биологические структуры могут быть полностью объяснены в рамках существующей физической теории.

Рис. 7. Возможные комбинации различных количеств строительных блоков, которые можно соединять друг с другом либо концами, либо боками

Причины того, что трудно, если вообще возможно, предсказать форму сложной химической структуры, исходя из свойств составляющих ее атомов, может быть, можно сделать более понятными с помощью простой иллюстрации. Рассмотрим элементарные строительные блоки, которые можно добавлять друг к другу по очереди либо с концов, либо сбоку (рис. 7). С двумя строительными блоками имеем 2=4 возможные комбинации; с тремя — 2 = 8; с четырьмя — 24 = 16; с пятью — 25 = 32; с десятью — 2 ° = 1024; с двадцатью — 220 = 1 048 576; с тридцатью — 230 = 1 073 741 824 и так далее. Число возможностей вскоре становится огромным.

Рис. 8. Диаграммы, представляющие возможные структуры систем с возрастающей степенью сложности. В случае А есть единственная структура с минимумом энергии, а в случае D возможно несколько одинаково стабильных структур

В химической системе различные возможные расположения атомов имеют разные потенциальные энергии вследствие электрических и других взаимодействий между ними; система будет самопроизвольно стремиться обрести структуру с минимальной потенциальной энергией. В простой системе всего лишь с несколькими возможными структурами одна из них может иметь заметно меньшую энергию, чем остальные; на рис. 8 А такая ситуация представлена минимумом на дне «потенциального колодца»; другие менее стабильные возможности представлены локальными минимумами на сторонах «колодца». В системах возрастающей сложности число возможных структур увеличивается (рис. 8 В, С, D); при этом вероятность существования уникальной структуры с минимумом энергии уменьшается. В ситуации, представленной на рис. 8 D, несколько различных структур будут одинаково стабильными с энергетической точки зрения. Если бы оказалось, что система принимает любую из этих возможных структур наугад или если бы она колебалась между ними, тогда проблемы бы не было. Но если бы она неизменно принимала только одну из этих структур, это означало бы, что какой-то другой фактор, отличный от энергии, определяет, что реализуется именно эта особенная структура из всех других возможных. Но существование такого фактора физикой сегодня не признается.

Хотя химики, кристаллографы и молекулярные биологи и не могут проводить детальные расчеты, необходимые для предсказания для данной системы структуры или структур с минимальной энергией a priori, но они могут использовать различные приближенные методы в сочетании с эмпирическими данными по структурам подобных веществ. Обычно эти вычисления не позволяют предсказывать уникальные структуры (кроме как для простейших систем), но позволяют получать лишь ряд возможных структур с более или менее равными минимальными энергиями. Таким образом, оказывается, что эти приближенные результаты подтверждают идею о том, что энергетические соображения недостаточны для объяснения уникальной структуры сложных химических систем. Но этого вывода всегда можно избежать, утверждая, что уникальная стабильная структура должна иметь энергию более низкую, чем любая другая возможная структура. Это утверждение никогда не может быть опровергнуто, поскольку на практике для расчетов могут быть использованы только приближенные методы; поэтому уникальная структура, реализованная в действительности, всегда может быть приписана тонким энергетическим эффектам, которые ускользают при вычислениях.

В отношении структуры кристаллов неорганических веществ эту ситуацию можно проиллюстрировать следующими соображениями Полинга:

«Простые ионные вещества, такие как галогениды щелочных металлов, имеют небольшой выбор структур; существует очень мало стабильных расположений ионов в кристалле, соответствующих формуле М+Х—, и различные факторы, которые влияют на стабильность кристалла, вступают в борьбу друг с другом, причем совсем необязательно каждый из них находит явное выражение при выборе между упаковками хлорида натрия и хлорида цезия. Для сложного вещества, такого как слюда, KalSi3O10(OH)2, или zunyite, Al13Si5O20(OH)1 °Cl, напротив, можно предложить много возможных структур, лишь слегка различающихся по своей природе и стабильности, и можно ожидать, что наиболее стабильная из этих возможных структур — та, которую фактически и принимает вещество, — в своих различных чертах будет отражать различные факторы, определяющие структуру ионных кристаллов. Оказалось возможным сформулировать набор правил относительно стабильности сложных ионных кристаллов… Эти правила были получены отчасти путем индукции из структур, известных в 1928 году, а отчасти путем дедукции из уравнений, описывающих энергию кристалла. Они не являются ни строгими в смысле их вывода, ни универсальными в плане их применения, но они оказались полезными в качестве критерия правильности структур, найденных (рассчитанных) для сложных кристаллов, а также в рентгеноструктурных исследованиях, где они позволяют предлагать разумные варианты структур для экспериментальной проверки».

Рис. 9. Вверху: структура фермента фосфоглицераткиназы из мышцы лошади: αспирали представлены цилиндрами, β-нити — стрелками

Внизу: структура — αспирального участка в более крупноми масштабе (из Banks et al., 1979)

Диапазон возможных структур становится многое больше в органической химии, особенно в случае макромолекул, таких как белки, полипептидные цепи которых изгибаются, поворачиваются и складываются в сложные трехмерные формы (рис. 9). Надежно установлено, что в условиях, в которых белковая молекула стабильна, она складывается в уникальную структуру.

В многочисленных экспериментах белки заставляли развертываться в различной степени, изменяя их химическое окружение; и затем обнаруживали, что они снова сворачиваются в свою нормальную структуру, когда их помещали в соответствующие условия; начиная от различных начальных состояний и следуя различными путями свертывания, они приходят к одной и той же конечной структуре.

Этой стабильной конечной точкой, по-видимому, является структура с минимальной энергией. Но это не доказывает, что она является единственной возможной структурой с минимальной энергией, может быть много других возможных структур с той же минимальной энергией. В самом деле, расчеты, проводимые для предсказания трехмерной структуры белков с использованием различных методов аппроксимации, неизменно дают слишком много решений. В литературе по свертыванию белков это известно как «проблема множества минимумов» (multiple-minimum problem).

Есть убедительные причины думать, что сам белок не «проверяет» все эти минимумы, пока не найдет один подходящий:

«Если бы цепь (полипептидная. — Прим. пер.) исследовала все возможные конфигурации наугад, путем вращения вокруг различных одиночных связей в структуре, потребовалось бы слишком много времени для достижения природной конфигурации. Например, если отдельные остатки несвернутой полипептидной цепи могут существовать только в двух состояниях, что является сильной недооценкой, тогда число возможных случайно образованных конформаций для цепи из 150 аминокислотных остатков составляет 10 (хотя, конечно, большинство из них, вероятно, будут стерически невозможными). Если бы каждая конформация исследовалась с частотой вращения молекул (10 сек), что является переоценкой, для опробования всех возможных конформаций потребовалось бы примерно 10 лет. Поскольку синтез и свертывание цепи белка, такого как рибонуклеаза или лизоцим, занимают около 2 минут, ясно, что в процессе свертывания не перебираются все конформаций. Вместо этого, как нам представляется, в ответ на локальное взаимодействие пептидная цепь направляется по возможным низкоэнергетическим путям (число которых относительно невелико), возможно, проходя через уникальные промежуточные состояния к конформаций с самой низкой свободной энергией».

Но процесс свертывания не только может быть направлен по определенным путям, он может быть направлен также к одной особенной конформаций с минимальной энергией, выбранной из всех других возможных конформаций с той же самой минимальной энергией.

Это обсуждение приводит к общему выводу, что существующие физические теории могут быть в принципе неспособны объяснить уникальные структуры сложных молекул и кристаллов; они позволяют предложить набор возможных структур с минимальной энергией, но нет доказательств того, что в состоянии объяснить тот факт, что реализуется одна, а не другие из этих возможных структур. Поэтому можно себе представить, что фактор, отличный от энергии, выбирает между этими возможностями и, таким образом, определяет специфическую структуру, которую принимает система.

Гипотеза, которая сейчас будет излагаться, основана на идее о том, что этот отбор осуществляется причинностью нового типа, пока еще не признанного физикой, — посредством морфогенетических полей.

3. 4. Формативная причинность

Гипотеза формативной причинности предполагает, что морфогенетические поля играют причинную роль в развитии и сохранении форм систем на всех уровнях сложности. В этом контексте слово «форма» включает не только форму внешней поверхности или границы системы, но также ее внутреннюю структуру. Предполагаемое возникновение формы вследствие действия морфогенетических полей названо здесь формативной причинностью, чтобы отличить ее от причинности энергетического типа, которой уже так основательно занимается физика. Так как, хотя морфогенетические поля могут вызывать свои эффекты только в сочетании с энергетическими процессами, сами они неэнергетичны.

Идею неэнергетической формативной причинности легче понять с помощью аналогии из области архитектуры. Чтобы построить дом, нужны кирпичи и другие строительные материалы, также необходимы строители, которые кладут эти материалы в должном порядке, и, кроме того, план архитектора, определяющий форму дома. Одни и те же строители, делая одно и то же общее количество работы, используя одно и то же количество строительных материалов, могут построить дома различной формы на основе различных планов. Таким образом, план можно рассматривать как причину специфической формы дома, хотя, конечно, это не единственная причина: эта форма никогда не могла бы быть создана без строительных материалов и работы строителей. Аналогичным образом специфическое морфогенетическое поле является причиной специфической формы, принимаемой системой, хотя оно не может действовать без подходящих «строительных блоков» и без энергии, необходимой, чтобы поставить их на место.

Эта аналогия не имеет целью предположить, что причинная роль морфогенетических полей зависит от сознательно созданного проекта, но лишь подчеркивает, что не всякая причинность должна быть энергетической, даже несмотря на то, что все процессы изменения требуют затрат энергии. Сам по себе план дома не является видом энергии. Даже когда он начертан на бумаге или в конце концов реализован в виде дома, он ничего не весит и не имеет какой-либо собственной энергии Если бумага сожжена или дом разрушен, не происходит измеримого изменения массы или энергии — план просто исчезает. Подобно этому, согласно гипотезе формативной причинности, морфогенетические поля сами по себе неэнергетичны, но тем не менее они играют причинную роль в определении форм систем, с которыми связаны. Ибо, если бы система была связана с другим морфогенетическим полем, она бы развивалась иначе. Эта гипотеза может быть проверена опытным путем в тех случаях, когда морфогенетические поля, действующие на системы, могут быть изменены (см. ниже разделы 5. 6, 7. 4, 7. 6 и 11. 4).

Морфогенетические поля можно рассматривать к аналоги известных физических полей в том отношении, что они способны упорядочивать физические изменения, несмотря на то что сами они непосредственно наблюдаемы. Гравитационное и электромагнитное по. представляют собой пространственные структуры, которые невидимы, неосязаемы, неслышимы, без вкуса без запаха; они могут быть обнаружены только через соответствующие гравитационные и электромагнитные эффекты. Для того чтобы объяснить тот факт, что физические системы влияют друг на друга на расстоянии без какой-либо видимой материальной связи между ними, эти гипотетические поля наделяются свойством пересекать пустое пространство или даже фактически образовывать его. В одном смысле они нематериальны, но в другом — являются аспектами материи, поскольку о них можно узнать что-либо лишь по их действию на материальные системы. В сущности говоря, научное определение материи просто было расширено, чтобы принять в рассмотрение эти поля. Подобно этому, морфогенетические поля есть пространственные структуры, обнаруживаемые только по их морфогенетическому действию на материальные системы; они также могут рассматриваться как аспекты материи, если определение материи еще более расширяется, чтобы включить и их.

Хотя в предыдущих разделах обсуждался только морфогенез биологических и сложных химических систем, мы будем предполагать, что гипотеза формативной причинности приложима к биологическим и физическим системам всех уровней сложности. Поскольку система любого типа имеет свою характерную форму, то каждая система должна иметь специфическое морфогенетическое поле определенного типа: так, должен быть один тип морфогенетического поля для протонов; другой для атомов азота; другой для молекул воды; другой для кристаллов хлористого натрия; другой для клеток мускулов земляных червей; другой для почек овцы; другой для слонов; другой для букового дерева и так далее.

Согласно организмической теории, системы или «организмы» иерархически организованы на всех уровнях сложности. В нашем обсуждении эти системы будут называться морфическими единицами. Прилагательное «морфический» (от греческого корня morphē — форма) подчеркивает аспект структуры, а слово «единица» — единство или целостность системы. В этом смысле химические и биологические системы состоят из иерархий морфических единиц: например, кристалл состоит из молекул, которые содержат атомы, которые, в свою очередь, содержат субатомные частицы. Кристаллы, молекулы, атомы и субатомные частицы есть морфические единицы, так же как животные и растения, органы, ткани, клетки и органеллы. Простые примеры такого иерархического типа организации можно представить наглядно в виде диаграммы — либо как «дерево» А, либо как набор «китайских шаров» В {рис. 10).

Рис. 10. Альтернативные варианты представления простой иерархической системы

Морфическая единица высшего уровня должна как-то координировать организацию частей, из которых она состоит. Мы будем предполагать, что она делает это посредством влияния своего морфогенетического поля на морфогенетические поля морфических единиц низших уровней. Таким образом, морфогенетические поля, подобно самим морфическим единицам, имеют строго иерархическую организацию.

Способ, которым морфогенетические поля могут действовать на системы, находящиеся под их влиянием, обсуждается в следующей главе, а вопросы о том, откуда берутся они сами и что сообщает им их специфическую структуру, рассматриваются в главе 5.

4.1. Морфогенетические зародыши

Морфогенез не происходит в вакууме. Он может начаться только с уже организованной системы, которая служит морфогенетическим зародышем. В процессе морфогенеза новая морфическая единица более высокого уровня возникает вокруг этого зародыша под влиянием специфического морфогенетического поля. Так как же это поле соединяется с морфогенетическим зародышем, чтобы началось развитие?

Ответ может состоять в том, что как соединение материальных систем с гравитационными полями зависит от их массы, а с электромагнитными полями — от их электрического заряда, так и соединение систем с морфогенетическими полями зависит от их формы. Таким образом, морфогенетический зародыш окружается морфогенетическим полем благодаря тому, что он имеет свою характерную форму.

Рис. 11. Диаграмма, представляющая развитие системы из морфогенетического зародыша (треугольник) по нормальной хреоде (А). Показаны также альтернативный морфогенетический путь развития (В), регуляция (С) и регенерация (D). Затененные области представляют виртуальные формы внутри морфогенетического поля

Морфогенетический зародыш является частью системы, которая должна возникнуть. Поэтому часть морфогенетического поля системы соответствует этому зародышу. Однако остальная часть поля еще не занята или не заполнена; она содержит виртуальную форму законченной системы, которая становится реальной (актуальной) только тогда, когда все ее материальные части занимают соответствующие им места. Тогда морфогенетическое поле совпадает с актуальной формой системы.

Эти процессы представлены в виде диаграммы на рис. 11. Затененные области обозначают виртуальную форму, а сплошные линии — реальную форму системы. Морфогенетическое поле можно представить себе как структуру, окружающую или включающую в себя морфогенетический зародыш и содержащую виртуальную конечную форму; затем это поле в диапазоне своего действия организует события таким образом, что виртуальная форма актуализируется, то есть переходит в реальную. В отсутствие морфических единиц, которые составляют части конечной системы, это поле обнаружить невозможно; оно проявляет себя только через свое организующее действие на эти части, когда они попадают в область его влияния. Грубой аналогией могут служить «силовые линии» магнитного поля вокруг магнита; эти пространственные структуры проявляют себя, когда частицы, способные намагничиваться, такие как железные опилки, оказываются вблизи магнита. Тем не менее магнитное поле можно считать существующим и тогда, когда железные опилки отсутствуют; подобно этому, морфогенетическое поле вокруг морфогенетического зародыша существует как пространственная структура, даже несмотря на то, что она еще не была актуализирована в конечной форме системы. Однако морфогенетические поля радикальным образом отличаются от электромагнитных полей в том, что последние зависят от фактического (актуального) состояния системы — от распределения и движения заряженных частиц, — тогда как морфогенетические поля соответствуют потенциальному состоянию развивающейся системы и уже присутствуют раньше, чем система принимает свою конечную форму.

На рис. 11 показано несколько промежуточных состояний между морфогенетическим зародышем и конечной формой. Последняя может быть достигнута также различными путями {рис. 11 В), но если обычно выбирается один определенный путь, его можно рассматривать как «канализированный путь изменения», или хреоду (рис. 5).

Если развивающаяся система повреждена путем удаления ее части, она все же может достичь конечной формы (рис. 11 С). Это представляет регуляцию.

После актуализации конечной формы продолжающаяся связь между морфогенетическим полем и системой, форма которой ему соответствует, будет стремиться стабилизировать эту систему. Любые отклонения системы от этой формы будут корректироваться, так как система стремится вернуться к этой форме. А если часть системы удалить, конечная форма будет стремиться снова актуализироваться (рис. 11 D). Это представляет регенерацию.

Тип морфогенеза, показанный на рис. 11, существенно агрегативный: ранее существовавшие отдельно морфические единицы объединяются в морфическую единицу более высокого уровня. Возможен другой тип морфогенеза, когда морфическая единица, которая служит морфогенетическим зародышем, уже является частью другой морфической единицы более высокого уровня. Влияние нового морфогенетического поля приводит к трансформации, в которой форма первоначальной морфической единицы более высокого уровня заменяется формой новой морфической единицы. Большинство видов химического морфогенеза относится к агрегативному типу, тогда как биологический морфогенез предполагает обычно комбинацию трансформативного и агрегативного процессов. Примеры мы рассматриваем в следующих разделах.

4.2. Химический морфогенез

Агрегативные морфогенезы с нарастающей интенсивностью осуществляются в неорганических системах при понижении температуры: когда плазма охлаждается, субатомные частицы агрегируют в атомы; при более низкой температуре атомы агрегируют в молекулы; затем молекулы конденсируются в жидкости; и наконец, жидкости кристаллизуются.

В состоянии плазмы обнаженные атомные ядра можно рассматривать как морфогенетические зародыши атомов; они связаны с атомными морфогенетическими полями, которые содержат виртуальные орбитали электронов. В одном смысле эти орбитали не существуют, но в другом — они обладают реальностью, которая выявляется в остывающей плазме, когда они актуализируются путем захвата электронов.

Электроны, которые были захвачены атомными орбиталями, могут быть смещены оттуда воздействием внешней энергии или путем введения виртуальной орбитали с более низкой потенциальной энергией. В последнем случае они теряют дискретный квант энергии, который излучается как фотон. В атомах со многими электронами каждая орбиталь может содержать только два электрона (с противоположными спинами); таким образом, в остывающей плазме электронами заполняются сначала виртуальные орбитали с наиболее низкой энергией, затем орбитали с ближайшими к ним низшими энергиями и так далее, до тех пор пока не реализуется (актуализируется) полная атомная форма вокруг морфогенетического зародыша ядра.

Атомы, в свою очередь, являются морфогенетическими зародышами молекул, а малые молекулы — зародышами больших молекул. Химические реакции включают либо агрегацию атомов и молекул в большие молекулы — например, образование полимеров, — либо расщепление больших молекул на меньшие или на атомы и ионы, которые затем могут агрегировать с другими атомами или ионами, например в процессе горения: под действием внешней энергии молекулы распадаются на атомы и ионы, которые затем соединяются с кислородом с образованием малых, простых молекул, таких как Н2О и СО2. Эти химические изменения включают актуализацию виртуальных форм, связанных с атомами или молекулами, которые действуют как морфогенетические зародыши.

Мысль о том, что молекулы имеют виртуальные формы ранее, чем они актуализируются, особенно ясно иллюстрируется тем хорошо известным фактом, что совершенно новые соединения сначала могут быть «спроектированы» на основе эмпирически определенных принципов химического взаимодействия, а затем уже фактически синтезированы химиками-органиками. В этих лабораторных синтезах одна стадия следует за другой; на каждой стадии определенная молекулярная форма служит морфогенетическим зародышем для следующей виртуальной формы, которая должна быть синтезирована, и в конечном итоге образуется форма совершенно новой молекулы.

Если представление о химических реакциях как о морфогенетических процессах кажется несколько искусственным, то следует вспомнить о том, что действие катализаторов, как неорганических, так и органических, в значительной степени зависит от их формы. Например, ферменты, специфические катализаторы множества биохимических реакций, имеют поверхности, канавки, выемки или впадины, которым соответствуют реагирующие молекулы со специфичностью, часто сравниваемой с тем, как ключ соответствует замку. Каталитический эффект ферментов в большой степени зависит от того способа, которым они удерживают реагирующие молекулы в положениях, нужных для того, чтобы реакция произошла. (В свободном растворе случайные столкновения молекул происходят во всех возможных ориентациях, большинство из которых непригодны для реакции.)

Детали химического морфогенеза неясны отчасти из-за их большой скорости, отчасти потому, что промежуточные формы могут быть весьма нестабильны, а также потому, что конечные изменения состоят из вероятностных квантовых скачков электронов между орбиталями, которые образуют химические связи. Виртуальная форма молекулы, которая должна возникнуть, запечатлена в морфогенетическом поле, связанном с атомным или молекулярным морфогенетическим зародышем; когда другой атом или молекула приближаются в подходящей ориентации, форма образующейся молекулы актуализируется посредством квантовых скачков электронов на орбитали, которые ранее существовали лишь как виртуальные формы; в то же время при этом освобождается энергия, обычно в виде теплового движения. Роль морфогенетического поля в этом процессе является, так сказать, энергетически пассивной, но морфологически активной; оно создает виртуальные структуры, которые затем актуализируются, по мере того как морфические единицы низшего уровня «защелкиваются» («slot» or «snap») в эти структуры, освобождая при этом энергию.

Любой атом или молекула данного типа могут участвовать во многих видах химических реакций и поэтому являются потенциальными зародышами множества различных морфогенетических полей. Эти поля можно представить как возможности, «парящие» вокруг них. Однако атом или молекула могут не выполнить свою роль зародыша определенного морфогенетического поля до тех пор, пока к нему или к ней не приблизится подходящий атом или молекула, возможно, благодаря их специфическим электромагнитным или иным воздействиям.

Морфогенез кристаллов отличается от такового атомов и молекул тем, что определенный рисунок атомной или молекулярной организации повторяется неограниченно. Морфогенетический зародыш создается самим этим рисунком. Хорошо известно, что введение «семян» или «ядер» кристалла соответствующего типа значительно ускоряет кристаллизацию переохлажденных жидкостей или перенасыщенных растворов. В отсутствие таких семян или ядер морфогенетические зародыши кристаллов появляются только тогда, когда атомы или молекулы случайно занимают подходящие положения относительно друг друга вследствие теплового движения. Когда зародыш присутствует, виртуальные формы копий структуры решетки, задаваемой этим морфогенетическим полем, распространяются в разные стороны от поверхностей растущего кристалла. Подходящие свободные атомы или молекулы, которые приближаются к этим поверхностям, захватываются ими и «защелкиваются» в нужное положение; опять-таки при этом выделяется тепловая энергия.

Осеменение, или нуклеация, переохлажденных жидкостей может также проводиться, хотя и менее эффективно, путем введения малых фрагментов чужеродных веществ: например, химики часто скребут по краям пробирок, чтобы засеять растворы кусочками стекла. Эти кусочки служат поверхностями, позволяющими легче находить наиболее подходящие относительные положения тем атомам или молекулам, которые образуют истинный морфогенетический зародыш кристалла. По своим морфогенетическим эффектам такие семена напоминают катализаторы химических реакций.

Все виды химического морфогенеза, рассмотренные до сих пор, несомненно, агрегативны. В неживых системах явления трансформации гораздо менее распространены. Например, большинство кристаллов не способны превращаться в другие кристаллические формы; они могут расплавиться или раствориться, и тогда их составляющие могут принять участие в других процессах кристаллизации; но это есть разрушение (дезагрегация), за которым следуют другие виды агрегации. Подобным же образом химические реакции включают дезагрегативные и агрегативные изменения. Однако существуют важные примеры молекулярной трансформации, такие как складывание белков, и обратимые изменения формы, которые происходят, когда некоторые ферменты связываются с молекулами, реакции которых они катализируют.

Тот факт, что белки складываются гораздо быстрее, чем можно было бы ожидать, если бы они «находили» свою конечную форму путем «случайного поиска», указывает на то, что их складывание происходит по определенным направлениям или по ограниченному числу направлений (раздел 3.3). Эти «канализированные пути изменения» можно рассматривать как хреоды. Чтобы процесс складывания мог начаться, согласно представлениям, излагавшимся выше в разделе 4.1, должен присутствовать морфогенетический зародыш и этот зародыш должен уже иметь характерную трехмерную структуру, которую он имеет в конечной форме белка. Предположение о существовании таких морфогенетических пусковых точек фактически уже было высказано в литературе по складыванию белков:

«Высокая скорость раскручивания предполагает необходимость того, чтобы процесс протекал по ограниченному числу направлений, даже когда статистика эта строго ограничена своего рода основными правилами стереохимии, которые содержатся в неявном виде в так называемом графике Рамачандрана. Становится необходимым постулировать в процессе складывания существование ограниченного числа допустимых инициирующих событий. Такие события, обычно называемые нуклеациями, вероятнее всего, происходят в тех частях полипептидной цепи, которые могут участвовать в конформационном равновесии между случайными и кооперативно стабилизированными структурами. Далее важно подчеркнуть, что аминокислотные последовательности полипептидных цепей, предназначенные для того, чтобы служить фабрикой белковых молекул, функционально осмыслены лишь тогда, когда они имеют трехмерную структуру, которая характерна для них в молекуле природного белка. Кажется разумным предположить, что части белковой цепи, которые могут служить как центры нуклеации для складывания, будут теми, которые могут «отклоняться» внутрь и наружу от конформации, которую они имеют в конечном белке, и что они образуют относительно жесткую структуру, стабилизированную набором кооперативных взаимодействий».

Такие «центры нуклеации» будут действовать как морфогенетические зародыши через их связывание с морфогенетическим полем белка, которое затем будет канализировать процесс складывания по направлению к характерной конечной форме.

4.3. Морфогенетические поля как вероятностные структуры

Орбитали электронов вокруг атомного ядра можно рассматривать как структуры в морфогенетическом поле атома. Эти орбитали могут быть описаны решениями уравнения Шредингера. Однако, согласно квантовой механике, могут быть определены не точные орбиты электронов, но лишь вероятности нахождения электронов в определенных точках; орбитали рассматриваются как распределения вероятностей в пространстве.

В контексте гипотезы формативной причинности этот результат предполагает, что так же как эти структуры в морфогенетических полях атомов можно представить как пространственные распределения вероятностей, так и морфогенетические поля вообще не могут быть точно определены, но даются распределениями вероятностей. Мы будем предполагать, что это действительно так, и впредь структуры морфогенетических полей будут считаться вероятностными структурами. Объяснение вероятностной природы этих полей дано в разделе 5.4.

Воздействие морфогенетического поля морфической единицы на морфогенетические поля ее частей, которые являются морфическими единицами на низших уровнях (раздел 3.4), можно представить как влияние этой вероятностной структуры высшего уровня на вероятностные структуры низших уровней; поле высшего уровня изменяет (модифицирует) вероятностные структуры полей низших уровней. Следовательно, в процессе морфогенеза поле высшего уровня изменяет вероятность вероятностных событий в морфических единицах низшего уровня, находящихся под его влиянием.

В случае свободных атомов электронные события происходят с вероятностями, задаваемыми немодифицированными вероятностными структурами атомных морфогенетических полей. Но когда атомы оказываются в сфере влияния морфогенетического поля молекулы, то есть поля высшего уровня, эти вероятности модифицируются таким образом, что вероятность событий, ведущих к актуализации конечной формы, увеличивается, а вероятность других событий уменьшается. Таким образом, морфогенетические поля молекул ограничивают возможное число атомных конфигураций, ожидаемых на основе вычислений, которые начинаются от вероятностных структур свободных атомов. Именно это и обнаруживается в действительности: например, при складывании белка скорость процесса указывает на то, что система не «исследует» бесчисленные мыслимые конфигурации, в которые могли бы быть организованы атомы (раздел 3.3).

Подобным же образом морфогенетические поля кристаллов ограничивают большое число возможных конфигураций, которые могли бы быть разрешены вероятностными структурами составляющих их молекул; в результате при кристаллизации создается одна определенная организация молекул из большого числа других мыслимых структур.

Так, морфогенетические поля кристаллов и молекул являются вероятностными структурами в том же смысле, в каком ими являются электронные орбитали в морфогенетических полях атомов. Этот вывод согласуется с известным допущением, что нет качественной разницы между квантово-механическим описанием простых атомных систем и потенциальным квантово-механическим описанием более сложных форм. Но, в отличие от гипотезы формативной причинности, известная теория стремится объяснить сложные системы снизу вверх, то есть через квантово-механические свойства атомов.

Различие между этими двумя подходами можно яснее увидеть в историческом контексте. Сама квантовая теория была изначально разработана в связи со свойствами простых систем, таких как атомы водорода. Со временем были введены новые фундаментальные принципы, чтобы объяснить эмпирические наблюдения, например тонкую структуру спектров излучения атомов. Первоначальные квантовые числа, характеризующие дискретные электронные орбитали, были дополнены другим набором чисел, определяющих угловой момент и затем «спин». Последний считается неотъемлемым (нередуцируемым) свойством частиц, таким же как электрический заряд, и имеет собственный закон сохранения. В физике ядерных частиц еще более нередуцируемые факторы, такие как «странность» и «очарование», вместе с дополнительными законами сохранения были введены более или менее специальным образом, чтобы объяснить наблюдения, не объяснимые с помощью уже существовавших квантовых факторов. Более того, открытие большого числа новых субатомных частиц привело к необходимости постулировать все возрастающее число новых видов материальных полей.

Когда уже так много новых физических принципов и физических полей было введено для объяснения свойств атомов и субатомных частиц, то распространенное допущение, что на уровнях организации выше атома новые физические принципы или поля не играют роли, кажется весьма произвольным. На самом деле оно есть немногим более нежели реликт атомизма девятнадцатого века; теперь, когда атомы уже более не считаются конечными и неделимыми, его изначальное теоретическое оправдание перестало существовать. С точки зрения гипотезы формативной причинности, хотя существующая квантовая теория, разработанная для описания свойств атомов и субатомных частиц, проливает много света на природу этих морфогенетических полей, она не может быть экстраполирована для описания морфогенетических полей более сложных систем. Нет причин считать, что морфогенетические поля атомов занимают привилегированное положение в системе природы; они являются просто полями морфических единиц на одном определенном уровне сложности.

4.4. Вероятностные процессы в биологическом морфогенезе

Есть множество примеров физических процессов, имеющих вероятностные пространственные результаты. В общем случае изменения, включающие нарушения симметрии или гомогенности, являются неопределенными; примеры такого рода можно найти в фазовых переходах между газообразным и жидким, а также жидким и твердым состояниями. Если, например, сферический баллон, наполненный паром, охлажден до температуры ниже точки насыщения в отсутствие внешних градиентов температуры и силы тяжести, жидкость начнет конденсироваться на стенках, но конечное ее распределение будет непредсказуемо и почти никогда не будет сферически симметрично. Термодинамика может предсказать относительные количества жидкости и пара, но не их пространственное распределение. При кристаллизации вещества в однородных условиях пространственное распределение, а также число и размеры кристаллов не могут быть предсказаны; другими словами, если бы тот же самый процесс повторялся в аналогичных условиях, каждый раз пространственный результат различался бы в деталях.

Сами формы кристаллов, хотя они демонстрируют определенную симметрию, могут быть неопределенными; хорошо знакомым примером являются снежинки, которые образуют мириады различных форм.

В «диссипативных структурах» макроскопических физических и химических систем вдали от термодинамического равновесия случайные флуктуации могут вызвать пространственные картины, например конвекционные ячейки в нагретой жидкости или окрашенные полосы в растворах, где протекает реакция Жаботинского. Математическое описание таких случаев «порядка через флуктуации» методами неравновесной термодинамики дает поразительные аналогии с фазовыми переходами.

Эти примеры пространственной неопределенности (индетерминизма) заимствованы из самых простых физических и химических процессов. В живых клетках физико-химические системы гораздо сложнее, чем любые системы в неорганической сфере, и могут включать многие потенциально неопределенные фазовые переходы и неравновесные термодинамические процессы. В протоплазме кристаллическая, жидкая и липидная фазы существуют в динамической взаимосвязи; далее, здесь присутствует также множество видов макромолекул, которые могут объединяться в кристаллические или квазикристаллические агрегаты; липидные мембраны, которые, как «жидкие кристаллы», существуют на границе между жидким и твердым состояниями, подобно коллоидным золям и гелям; электрические потенциалы на мембранах, которые флуктуируют непредсказуемым образом; и «компартменты», содержащие разные концентрации неорганических ионов и других веществ, разделенных мембранами, через которые эти вещества перемещаются вероятностным образом. При такой сложности число энергетически возможных способов пространственного изменения должно быть огромным, и поэтому здесь велик диапазон действия морфогенетических полей путем наложения пространственных ограничений на эти вероятностные процессы.

Это не значит, что все формы в живых организмах определяются формативной причинностью. Некоторые конфигурации могут возникать в результате случайных процессов. Другие могут быть полностью объяснены с помощью конфигураций с минимальной энергией: так, сферическую форму свободно плавающих яиц (например, у морских ежей) можно полностью объяснить через поверхностное натяжение клеточной мембраны. Однако весьма ограниченные успехи простых физических объяснений биологических форм предполагают, что большая часть аспектов биологического морфогенеза определяется морфогенетическими полями. Следует вновь подчеркнуть, что эти поля действуют не одни, но вместе с энергетическими и химическими причинами, которые изучают биофизики и биохимики.

Пример того, каким способом морфогенетические поля могут оперировать в клетке, дается расположением микротрубочек, тонких палочкообразных структур, образуемых при спонтанной агрегации белковых субъединиц. Микротрубочки играют важную роль микроскопических «подпорок» как в растительных, так и в животных клетках: они контролируют и направляют процессы, такие как клеточное деление (волокна веретена при митозе и мейозе состоят из микротрубочек) и организованное отложение материала клеточной стенки в дифференцирующихся растительных клетках; они служат также внутриклеточными «скелетами», поддерживающими определенные формы клеток, как в радиоляриях. Теперь если пространственное распределение микротрубочек ответственно за организацию многих различных видов процессов и структур внутри клеток, тогда что определяет пространственное распределение самих микротрубочек? Если ответственны другие виды пространственной организации, проблема просто отодвигается на одну ступень назад; а что же определяет сами эти виды организации? Но проблема не может отодвигаться до бесконечности, поскольку развитие эпигенетично, то есть оно включает увеличение пространственного разнообразия и организации, которое не может быть объяснено с помощью предшествующих моделей или структур; рано или поздно что-то другое должно объяснить появление структуры, образующейся при агрегации микротрубочек.

Согласно настоящей гипотезе, эта структура объясняется действием специфических морфогенетических полей. Эти поля сильно увеличивают вероятность агрегации микротрубочек в их подходящих положениях либо непосредственно, либо путем установления предшествующего образца соответствующей структуры. Очевидно, структурообразующая активность этих полей зависит от присутствия пересыщенного раствора субъединиц микротрубочек в клетке и от подходящих физико-химических условий для их агрегации; это необходимые условия для формирования микротрубочек, но их самих по себе еще недостаточно для объяснения структуры, которую микротрубочки при этом образуют.

Можно возразить, что предполагаемое действие формативной причинности по организации вероятностных процессов в клетках невозможно, поскольку оно привело бы к локальному нарушению второго закона термодинамики. Но это возражение несправедливо. Второй закон термодинамики применим только к ансамблям очень большого числа частиц и к процессам в макроскопическом масштабе. Более того, он приложим лишь к закрытым системам; участок клетки не является закрытой системой, а тем более к таким системам нельзя отнести живые организмы вообще.

В живых организмах, как и в области химии, морфогенетические поля иерархически организованы: поля органелл — например, клеточного ядра, митохондрий и хлоропластов — действуют путем упорядочивания в них физико-химических процессов; эти поля подвержены действию полей клеток, которые являются полями более высокого уровня; поля клеток находятся под влиянием полей тканей; поля тканей подчиняются полям органов; а поля органов — полю всего организма как целого. На каждом уровне поля работают путем упорядочивания процессов, которые в противном случае имели бы неопределенный характер. Например, на клеточном уровне морфогенетическое поле организует кристаллизацию микротрубочек и другие процессы, необходимые для координации клеточного деления. Но плоскости, в которых делятся клетки, могут быть неопределенными в отсутствие поля высшего уровня: например, в мозолях растений клетки делятся в более или менее случайных направлениях, создавая хаотическую массу. С другой стороны, в организованной ткани одной из функций ее морфогенетического поля может быть наложение определенной модели организации на плоскости клеточного деления и осуществление таким образом контроля над ростом ткани как целого. Тогда развитие тканей самих по себе может быть неопределенным во многих отношениях, что выявляется, когда они изолируются искусственным путем и выращиваются в культуре; при нормальных условиях эта неопределенность ограничивается полем более высокого уровня — полем органа. Действительно, на каждом уровне в биологических системах, как и в химических, изолированные морфические единицы ведут себя более неопределенно, чем тогда, когда они являются частью морфической единицы более высокого уровня. Морфогенетическое поле ограничивает и организует присущий им индетерминизм.

4.5. Морфогенетические зародыши в биологических системах

На клеточном уровне зародыши морфогенетических трансформаций могут быть морфическими единицами низшего уровня в клетках, которые присутствуют как в начале, так и в конце процесса клеточной дифференциации. Возможные морфогенетические зародыши этих трансформаций сразу не очевидны: это могут быть органеллы, макромолекулярные агрегаты, цитоплазматические или мембранные структуры или клеточные ядра. Во многих случаях ядра могут играть эту роль. Но поскольку в одном и том же организме может производиться так много различных типов дифференцированных клеток, если ядра должны действовать как морфогенетические зародыши, они должны быть способны создавать различные модели организации в клетках различных типов: дифференциации клетки должна предшествовать дифференциация ее ядра, благодаря изменениям в его мембране, или в расположении хромосом, или в связях между белками и нуклеиновыми кислотами в хромосомах, или в нуклеолях, или в других компонентах. Такие изменения могут быть вызваны непосредственно или опосредованно, через воздействие морфогенетического поля высшего уровня — поля дифференцирующейся ткани. Действительно, имеется немало данных о том, что многим типам клеточной дифференциации предшествуют изменения ядер. Выдвигаемое здесь предположение отличается от обычной интерпретации таких изменений тем, что в нем эти изменения рассматриваются не как просто химические, обусловленные образованием специальных видов РНК-мессенджера (предвестник), но, в дополнение к этому, как морфогенетические: модифицированные ядра могут служить как зародыши, с которыми ассоциируются (связываются) специфические морфогенетические поля дифференцированных клеток.

Существует по крайней мере один процесс клеточного морфогенеза, в котором ядро не может служить морфогенетическим зародышем: это деление ядер. Ядро теряет свою идентичность как отдельная структура, когда ядерная мембрана разрушается и исчезает. Двойные, сильно скрученные хромосомы выстраиваются в линии в экваториальной области митотического веретена, и затем полный набор хромосом движется к каждому из полюсов веретена. Затем вокруг каждого набора хромосом нарастает новая ядерная мембрана, в результате чего образуются дочерние ядра. Морфогенетическими зародышами для этих процессов должны быть экстра-нуклеарные (внеядерные) структуры или органеллы, и таких зародышей должно быть два.

Развитие тканей и органов обычно включает как трансформативные, так и агрегативные изменения. В этих морфогенезах морфогенетическими зародышами должны быть клетки или группы клеток, которые присутствуют и как часть конечной формы, и в начале морфогенетического процесса; это не могут быть те специализированные клетки, которые появляются только после того, как процесс начался. Таким образом, здесь морфогенетическими зародышами, вероятно, могут быть только относительно слабо специализированные клетки, которые изменяются мало. В высших растениях такие клетки присутствуют, например в апикальных зонах меристем или точек роста. У побегов стимул к цветению трансформирует меристемы таким образом, что они порождают, скорее, цветы, нежели листья и другие вегетативные структуры; апикальные зоны, должным образом модифицированные стимулом к цветению, могут быть морфогенетическими зародышами для такой трансформации. В эмбрионах животных эмбриологами уже было обнаружено множество «организующих центров», которые играют ключевую роль в развитии тканей и органов; одним из примеров является апикальный гребень эктодермы на верхушках развивающихся зачатков конечностей. Эти «организующие центры» вполне могут быть зародышами, с которыми связываются морфогенетические поля более высоких уровней.

Хотя как в химии, так и в биологии для описания явлений можно предложить морфогенетические термины, а иногда и идентифицировать соответствующие структуры, все же многое остается неясным, особенно происхождение индивидуальной формы каждого морфогенетического поля, а также способа его соединения со своим зародышем. Рассмотрение этих проблем в следующей главе приводит нас к более сложной гипотезе формативной причинности, которую, хотя она и выглядит удивительно и непривычно, понять оказывается легче.

5.1. Постоянство и повторяемость форм

Раз за разом, когда возникают атомы, электроны заполняют одни и те же орбитали вокруг ядер; атомы снова и снова соединяются с образованием одних и тех же молекулярных форм; снова и снова молекулы кристаллизуются в те же пространственные структуры; семена данного вида год за годом рождают растения одинаковой формы; поколение за поколением пауки ткут паутины одних и тех же видов. Формы повторяются, и каждый раз следующая форма более или менее сходна с предыдущей. От этого факта зависит наша способность узнавать, идентифицировать и называть вещи.

Эти постоянство и повторяемость не представляли бы проблемы, если бы все формы были раз и навсегда определены неизменными физическими законами или принципами. Такое допущение подразумевается в обычной теории причинности форм. Принимается, что эти фундаментальные физические принципы во времени предшествуют реально существующим (актуальным) формам вещей: теоретически способ кристаллизации вновь синтезированного вещества должно быть возможно вычислить прежде, чем впервые образуются его кристаллы; подобным же образом влияние данной мутации в ДНК животного или растения на форму организма должно быть предсказуемо заранее. Конечно, на практике такие расчеты никогда не делались; это удобное допущение не проверено и, скорее всего, не может быть проверено.

Согласно же гипотезе формативной причинности — напротив, формы сложной химической или биологической системы не могут однозначно определяться известными законами физики. Эти законы допускают существование диапазона возможностей, между которыми выбирают формирующие причины. Постоянство и повторяемость форм объясняются повторяющейся ассоциацией одного и того же типа морфогенетического поля с физико-химической системой данного типа. Но тогда, что же определяет собственную форму морфогенетического поля?

Один из возможных ответов состоит в том, что морфогенетические поля существуют вечно. Они просто даны и необъяснимы через что-либо еще. Даже до появления нашей планеты в латентном состоянии уже существовали морфогенетические поля всех минералов, кристаллов, животных и растений, которые когда-либо существовали на земле или которые будут существовать когда-либо в будущем.

Такой ответ является по существу платоновским или даже аристотелевским — в той степени, в какой Аристотель верил в извечную данность специфических форм. Этот ответ отличается от обычной физической теории тем, что эти формы не были бы предсказуемы на языке энергетической причинности; но он согласуется с ней в том, что также принимает как не требующее доказательств положение о том, что за всеми эмпирическими феноменами лежат предсуществующие принципы порядка.

Другой возможный ответ радикально отличается от первого. Химические и биологические формы повторяются не потому, что они определяются неизменными законами или вечными формами, но из-за причинного влияния прошлых подобных форм. Такое влияние требует действия через пространство и время, в отличие от любого известного вида физического воздействия.

С этой точки зрения уникальная форма, принимаемая системой, не может быть физически определена до ее первого появления. Тем не менее она может повторяться, поскольку форма первой системы сама определяет форму, принимаемую последующими подобными системами. Представьте, например, что из нескольких различных возможных форм, Р, Q, R, S…, которые с энергетической точки зрения все равновероятны, система в первый раз случайно принимает форму R. Тогда в последующих случаях подобные системы также будут принимать форму R вследствие транспространственного и трансвременного влияния первой из таких систем.

Тогда что же определяет форму, появившуюся впервые? На это не может быть дан научный ответ: вопрос касается уникальных и энергетически неопределенных событий, которые, согласно гипотезе, неповторимы с того момента, как они произошли, так как они сами воздействуют на все последующие подобные события. Наука может иметь дело только с закономерностями, с вещами, которые повторяются. Изначальный выбор индивидуальной формы можно приписать случаю, или врожденной творческой силе материи, или трансцендентной творческой деятельности. Но нет способа различить эти возможности путем эксперимента. Выбор между ними может быть сделан только с метафизических позиций. Этот вопрос кратко освещается в последней главе книги; но для целей настоящего обсуждения не имеет значения, какой из возможностей отдается предпочтение. Гипотеза формативной причинности имеет дело лишь с повторением форм, но не с причинами их первого появления.

Такой новый способ мышления непривычен, и он ведет на незнакомую территорию. Но только следуя этим путем, можно, как нам кажется, обрести надежду достичь нового научного понимания формы и организации вообще и живых организмов, в частности. Альтернативой движению вперед стало бы возвращение к исходной точке; выбор был бы снова между простой механистической верой и метафизическим органицизмом.

В последующем обсуждении предполагается, что это гипотетическое транспространственное и трансвременное влияние осуществляется через морфогенетические поля, и это есть важная особенность формативной причинности.

5.2. Общие соображения о возможности трансвременных причинных связей

Хотя гипотеза формативной причинности предполагает существование трансвременной, или диахронической (то есть характеризующей последовательность развития явлений во времени. — Прим. пер.), причинной связи нового типа, которая пока не была признана наукой, возможность «действия на расстоянии» во времени уже рассматривалась в общих чертах несколькими философами. По-видимому, нет причины отвергать такую возможность a priori. Например, Дж. Л. Мэки написал следующее:

«Несмотря на то что мы более всего любим рассматривать связи типа причина—эффект между соприкасающимися телами и находим загадочным "действие на расстоянии" через пространство или время, тем не менее мы такое действие не исключаем. Наша обычная концепция причинности не требует абсолютного близкодействия; оно не является частью нашей идеи причинности настолько, что ей противоречило бы утверждение: "С вызывает Е через пространственный или временной или одновременно и пространственный и временной промежуток, без промежуточных звеньев"».

Более того, с точки зрения философии науки нет препятствий к рассмотрению новых видов причинной связи:

«Научная теория вообще не предполагает какой-либо определенный способ причинной связи между событиями, но лишь то, что возможно найти законы и гипотезы, выраженные в терминах некоторой модели, которые удовлетворяют критериям понятности (разумности), подтверждаемости и фальсифицируемости. Способ причинной связи в каждом случае показан самой моделью и изменяется с фундаментальными изменениями модели».

Однако, хотя причинная связь нового типа, предполагаемая гипотезой формативной причинности, представляется в принципе возможной, правдоподобие этой гипотезы можно оценить лишь после того, как сделанные на ее основе предсказания будут проверены на опыте.

5.3. Морфический резонанс

Идею процесса, при котором формы ранее существовавших систем влияют на морфогенез последующих подобных систем, сложно объяснить на языке существующих понятий. Единственный возможный путь — прибегнуть к помощи аналогий.

Наиболее приемлемой физической аналогией может быть явление резонанса. Энергетический резонанс имеет место тогда, когда на систему периодически воздействует сила с частотой, совпадающей с собственной частотой колебаний системы. В качестве примеров приведем: «симпатическую» вибрацию натянутых струн в ответ на звуковые волны соответствующей длины; настройку радиоприемников на частоту радиоволн передатчиков; поглощение световых волн определенных частот атомами и молекулами, проявляющееся в характерных спектрах поглощения; отклик электронов и атомных ядер в присутствии магнитных полей на воздействие электромагнитного излучения в явлениях электронного спинового резонанса и ядерного магнитного резонанса. Общим для всех этих видов резонанса является принцип селективности: из всего набора колебаний, каким бы сложным он ни был, системы реагируют только на колебания определенных частот.

Резонансное воздействие формы на форму через пространство и время подобно энергетическому резонансу по своей селективности, но его нельзя представить как один из известных видов резонанса, или как передачу энергии. Чтобы отличить его от энергетического резонанса, мы будем называть этот процесс морфическим резонансом.

Морфический резонанс подобен энергетическому резонансу еще в одном отношении: он имеет место между колеблющимися системами. Атомы, молекулы, кристаллы, органеллы, клетки, ткани, органы и организмы все состоят из частей, претерпевающих беспрерывные колебания, и все имеют собственные характерные виды колебаний и внутренний ритм; морфические единицы динамичны, а не статичны. Но если энергетический резонанс зависит только от специфичности отклика на определенные частоты, на «одномерные» стимулы, то морфический резонанс зависит от трехмерной организации колебаний. Предположение, которое здесь выдвигается, состоит в том, что посредством морфического резонанса форма системы, включающая характерную внутреннюю структуру и частоты колебаний, становится настоящей для последующей системы подобной же формы; пространственно-временная организация первой накладывается на последнюю.

Морфический резонанс осуществляется с помощью морфогенетических полей и фактически обуславливает их характерные структуры. Не только специфическое морфогенетическое поле влияет на форму системы (как говорилось в предыдущей главе), но также форма этой системы влияет на морфогенетическое поле и, таким образом, становится настоящей для последующих подобных систем.

5.4. Влияние прошлого

Морфический резонанс неэнергетичен, а сами морфогенетические поля не несут ни массы, ни энергии. Поэтому a priori нет причин полагать, что он должен подчиняться законам, которые были установлены для движения тел, частиц и волн. В частности, он необязательно должен прерываться пространственным или временным промежутком между подобными системами; он может быть так же эффективен на расстоянии в десять тысяч миль, как и в один ярд, и через столетие, как и через час.

Допущение, что морфический резонанс не прерывается пространством и временем, будет принято в качестве рабочей гипотезы по причине его простоты.

Мы будет предполагать, также простоты ради, что морфический резонанс имеет место только из прошлого; это означает, что только те морфические единицы, которые уже существовали в прошлом, могут оказывать морфическое влияние в настоящем. Представление о том, что будущие системы, которые еще не существуют, могут оказывать причинное воздействие «назад» по времени, вероятно, может быть логически допустимо; но эту возможность было бы необходимо принимать всерьез лишь при наличии убедительных экспериментальных свидетельств физического влияния будущих морфических единиц.

Однако если принять, что морфический резонанс может исходить только от прошлых морфических единиц и что он не прерывается временем и пространством, то каким же образом он осуществляется? Этот процесс можно представить с помощью нескольких различных метафор. Морфическое влияние прошлой системы может стать настоящим для последующей подобной системы, пройдя «вне» пространства-времени и затем «войдя в него снова» там и тогда, когда появляется подобная же объемная вибрационная картина. Либо оно может быть связано с настоящим через другие измерения. Либо оно может проходить через пространственно-временной «туннель» и появляться в неизмененном виде в присутствии последующей подобной системы. Либо морфическое влияние прошлых систем просто может присутствовать везде. Однако эти разные способы представления действия морфического резонанса, вероятно, были бы неразличимы экспериментально. Все они имели бы одно и то же следствие: формы прошлых систем автоматически становились бы настоящими для последующих подобных систем.

Рис. 12. Диаграмма, иллюстрирующая кумулятивное влияние прошлых систем на последующие подобные системы посредством морфического резонанса

Прямое следствие этой гипотезы состоит в том, что данная система может испытывать влияние всех прошлых систем, обладающих подобными формой и организацией колебаний. Ex hypothesi влияние этих прошлых систем не прерывается временными или пространственными интервалами. Тем не менее способность прошлых систем влиять на последующие может быть ослаблена или исчерпана посредством действия; они могут оказывать лишь ограниченное потенциальное воздействие, которое расходуется в процессе морфического резонанса. Эта возможность обсуждается ниже в разделе 5.5. Но вначале рассмотрим такой вариант, когда их потенциальное влияние не уменьшается, вследствие чего формы всех прошлых систем воздействуют на все последующие подобные системы (рис. 12). Этот постулат имеет несколько важных следствий:

(1) Первая система данной формы воздействует на вторую подобную систему, затем обе они воздействуют на третью и так далее, так что это влияние накапливается. При этом прямое влияние данной системы на любую последующую систему прогрессивно «разбавляется» с течением времени; и хотя его абсолютное воздействие не уменьшается, его относительный эффект ослабевает по мере возрастания числа прошлых подобных систем (рис. 12).

(2) Формы даже простейших химических морфических единиц весьма разнообразны: субатомные частицы находятся в непрерывном колебательном движении, а атомы и молекулы подвержены деформации путем механических соударений, а также под действием электрического и магнитного полей. Биологические морфические единицы еще более разнообразны; даже если клетки и организмы имеют одинаковое генетическое строение и развиваются в одинаковых условиях, они вряд ли могут быть идентичны во всех отношениях.

Посредством морфического резонанса формы всех прошлых подобных систем становятся настоящими для последующей системы той же формы. Даже при допущении что различия в абсолютном размере нивелированы (см. ниже раздел 6.3), все равно оказывается, что многие из этих форм отличаются друг от друга в деталях. Следовательно, они не будут точно совпадать друг с другом при наложении посредством морфического резонанса. В результате получаем процесс автоматического усреднения; при нем усилятся те черты, которые являются общими для большинства прошлых систем. Однако эта «средняя» форма не будет четко определена в морфогенетическом поле, но будет окружена «ореолом» благодаря влиянию менее общих вариантов.

Этот процесс проще зрительно представить с помощью аналогии с «составными фотографиями», сделанными путем наложения фотографических образов разных личностей. В результате такого наложения общие черты усиливаются, но из-за различий индивидуальных образов эти «усредненные» фотографии приобретают некоторую нечеткость (рис. 13 и 14).

(3) Автоматическое усреднение прошлых форм приводит к пространственному распределению вероятностей в морфогенетическом поле, или, иными словами, к вероятностной структуре (сравните с разделом 4.3).

Вероятностная структура морфогенетического поля определяет вероятное состояние данной системы под его влиянием в соответствии с актуальными состояниями всех подобных систем в прошлом; наиболее вероятная форма, принимаемая системой, есть та, которая чаще всего встречалась в прошлом.

(4) На ранних стадиях истории форм морфогенетическое поле относительно слабо определено и испытывает значительное влияние индивидуальных форм. Но с течением времени накапливающееся влияние бесчисленных прошлых систем будет сообщать полю все возрастающую стабильность; чем более вероятным становится средний тип, тем более вероятно, что он станет повторяться в будущем.

Иными словами, вначале бассейн притяжения морфогенетического поля будет относительно мелким, но он будет становиться все более глубоким по мере того, как возрастает число систем, вносящих вклад в морфический резонанс. Или, используя еще одну метафору, через повторение форма попадает в колею, и чем чаще она повторяется, тем эта колея становится глубже.

Рис. 15. Диаграмма, представляющая стадии агрегативного морфогенеза морфической единицы D-E-F-G-H из морфогенетического зародыша F

Сумма влияния, которое данная система оказывает на последующие подобные системы, вероятно, зависит от длины периода времени существования формы: та, которая существует год, будет оказывать большее влияние, чем та, которая распадается через секунду. Таким образом, автоматическое усреднение может быть «взвешено» в пользу долго живущих прошлых форм.

В начале морфогенетического процесса морфогенетический зародыш вступает в морфический резонанс с подобными прошлыми системами, которые являются частью морфических единиц более высоких уровней; таким образом, он становится связанным с морфогенетическим полем морфической единицы более высокого уровня (раздел 4.1). Пусть морфогенетический зародыш будет представлен морфической единицей F, а конечная форма, к которой стремится система, — сочетанием D-E-F-G-H. Пусть промежуточные стадии морфогенеза будут такими, как показано на рис. 15. Теперь, не только морфогенетический зародыш и промежуточные стадии вступят в морфический резонанс с конечной формой предыдущих подобных систем, но и промежуточные стадии также вступят в морфический резонанс с подобными промежуточными стадиями E-F, D-E-F и так далее в предыдущих подобных морфогенезах. Таким образом, эти стадии будут стабилизированы морфическим резонансом, результирующим в хреоде. Чем чаще форма следует определенным путем морфогенеза, тем более усиливается эта хреода. В рамках модели «эпигенетического ландшафта» (рис. 5) долина хреоды будет углубляться тем больше, чем чаще развитие будет идти по этой долине.

5.5. Значение прерывистого морфического резонанса

Обсуждение в предыдущем разделе было основано на предположении, что морфическое влияние данной системы не исчерпывается ее действием на последующие подобные системы, хотя ее относительный эффект ослабевает по мере того, как число подобных систем возрастает. Сейчас мы рассмотрим альтернативную возможность — что это влияние каким-то образом исчерпывается.

Рис. 16. Диаграмма, иллюстрирующая ситуации, в которых влияние предшествующих систем исчерпывается морфическим резонансом только с одной последующей системой (А) и с двумя последующими системами (В)

Если такое истощение морфического влияния происходит, оно может быть обнаружено, при условии что скорость этого процесса будет очень велика. Рассмотрим вначале крайний случай, когда влияние системы расходуется посредством морфического резонанса лишь с одной последующей системой. Если число таких систем со временем возрастает, большинство из них не будет испытывать влияние морфического резонанса со стороны предыдущих подобных систем (рис. 16 А). Следовательно, они могут свободно принимать различные формы «случайно» или под действием «творческих» сил; поэтому формы этих систем будут очень разнообразны.

Теперь рассмотрим случай, когда каждая система может влиять на две последующие. В ситуации, представленной на рис. 16 В, большая часть, но не все последующие формы будут стабилизированы с помощью морфического резонанса. Если каждая система влияет на три последующие системы, все они будут стабилизированы; нестабильность формы проявится, только если число последующих подобных систем станет возрастать еще быстрее, как при популяционном взрыве. А если каждая система влияет на множество последующих систем, эта низкая, но конечная степень истощения морфического влияния будет практически неопределима.

Предположим простоты ради, что морфическое влияние систем на последующие подобные системы не исчерпывается вовсе; но следует иметь в виду, что это допущение носит условный характер. В конце концов, вопрос может быть исследован экспериментально, по крайней мере, до такой степени, чтобы можно было определить различие между большой скоростью истощения морфического резонанса, с одной стороны, и медленной или нулевой скоростью — с другой.

5.6. Возможный экспериментальный тест

Согласно принятой теории, уникальные формы химических и биологических систем должны быть предсказуемы на основе принципов квантовой механики, электромагнетизма, энергетической причинности и так далее, прежде чем они появляются впервые. Согласно гипотезе формативной причинности, напротив, уникальные формы не могут быть предсказаны заранее; можно предсказать только набор возможных форм. Таким образом, в принципе неспособность принятой теории сделать предсказания уникальных форм будет аргументом против этой теории и в пользу гипотезы формативной причинности. Но на практике вывод об этой неспособности никогда не может быть окончательным: возможно осуществить лишь приближенные вычисления, и потому защитники принятой теории всегда могут возразить, что предсказания уникальных форм станут возможны, если в будущем будут проведены более точные расчеты.

К счастью, гипотеза формативной причинности отличается от принятой теории и в другом важном аспекте. Согласно последней, причины, приводящие к появлению формы в первый, или в сотый, или в биллионный раз, должны действовать совершенно одинаково, поскольку предполагается, что они неизменны. То же вытекает из теорий, которые стремятся объяснить эмпирически наблюдаемые формы с помощью вечных архетипных Форм или трансцендентных математических истин. Но согласно гипотезе формативной причинности, форма системы зависит от накапливающегося (кумулятивного) морфического влияния предыдущих подобных систем. Тогда это влияние будет сильнее в биллионном случае, нежели в тысячном или в десятом. Если бы этот кумулятивный аспект формативной причинности мог быть продемонстрирован на опыте, стало бы ясным отличие этой гипотезы как от принятой теории, так и от теорий платоновского или пифагорейского типов.

В случае морфических единиц, которые существовали очень длительное время, тысячи миллионов лет, для атома водорода морфогенетическое поле настолько прочно установилось, что оно будет практически неизменным. Даже морфогенетические поля морфических единиц, появившихся сравнительно недавно — несколько столетий или десятилетий назад, — могут быть подвержены влиянию столь многих прошлых систем, что любые малые приращения этого влияния будут слишком незначительны, чтобы их можно было обнаружить. Но для качественно новых форм кумулятивное морфическое влияние вполне возможно обнаружить экспериментально.

Рассмотрим вновь синтезированное химическое вещество, которое раньше никогда не существовало. Согласно гипотезе формативной причинности, его кристаллическая форма не может быть предсказана заранее и для этой формы еще не существует морфогенетическое поле. Но после того, как оно кристаллизовалось в первый раз, форма его кристаллов будет влиять на последующие кристаллизации путем морфического резонанса, и чем чаще оно кристаллизуется, тем сильнее должно становиться это влияние. Так, в первый раз это вещество может кристаллизоваться вовсе не легко; но в последующих случаях кристаллизация должна происходить все легче и легче, по мере того как все возрастающее число прошлых кристаллов вносят вклад в его морфогенетическое поле через морфический резонанс.

В самом деле, химики, которые синтезировали новое вещество, сталкиваются с большими трудностями при попытках кристаллизовать его в первый раз. Но с течением времени такие вещества кристаллизуются все легче и легче.

Этот принцип проиллюстрирован в следующем фрагменте из учебника по кристаллам, описывающем спонтанное и неожиданное появление кристалла нового типа:

«Около десяти лет назад одна компания управляла фабрикой, которая выращивала монокристаллы этилендиамин тартрата (производное винной кислоты. — Прим. пер.) из его водного раствора. С этой фабрики она пароходом перевозила кристаллы за много миль на другую фабрику, где их разрезали и полировали для промышленных нужд. Через год после открытия на первой фабрике кристаллы в резервуарах с раствором стали расти плохо, к ним прилипали кристаллы какого-то другого вещества, и эти другие кристаллы росли быстрее. Эта беда вскоре распространилась и на другую фабрику: на разрезанных и отполированных кристаллах появлялась болезнь — загрязнение поверхности посторонним веществом…

Нужным веществом был безводный этилен диамин тартрат, а нежелательное вещество оказалось его моногидратом. В течение трех лет исследований и разработок и еще года производства зародыши моногидрата не появлялись. После же они, казалось, были везде».

Эти авторы предполагают, что на других планетах еще не появились типы кристаллов, распространенные на Земле, и добавляют: «Вероятно, в нашем мире много других возможных видов твердых веществ еще неизвестны, и не потому, что отсутствуют их составляющие, но просто потому, что подходящие семена еще не появились».

Распространенное объяснение того факта, что вещества обычно кристаллизуются легче после того, как их кристаллы образовались впервые, а также того, что кристаллизация осуществляется тем легче, чем чаще она происходит, состоит в том, что фрагменты ранее образовавшихся кристаллов «заражают» растворы, в которых происходит новая кристаллизация. Когда нет очевидных способов переноса таких семян с места на место, предполагается, что они переносятся воздушным путем как микроскопические частицы пыли.

Нет сомнения в том, что «заражение» пересыщенного раствора подходящими семенами кристаллов сильно облегчает кристаллизацию. Но, согласно гипотезе формативной причинности, кристаллизация вещества должна облегчаться также самим фактом, что оно уже кристаллизовалось ранее. Так что, когда обнаруживается, что вещества кристаллизуются тем легче, чем чаще эта кристаллизация происходит, возрастающее число невидимых семян в воздухе может быть не единственным объяснением. Этот вопрос может быть исследован экспериментально в условиях, когда частицы пыли удалены путем фильтрации воздуха и когда исключены все другие потенциальные источники загрязнений. Время, необходимое для кристаллизации вновь синтезированного вещества из его пересыщенного раствора, можно измерить в строго стандартных условиях в отсутствие семян как до, так и после того, как это вещество повторно кристаллизовалось в других местах. Уменьшение этого времени будет свидетельствовать в пользу гипотезы формативной причинности.

В более сложных экспериментах можно было бы продемонстрировать не только то, что морфогенетическое поле кристалла определенного типа подвержено кумулятивному влиянию прошлых кристаллов, но также и то, что структура этого поля не была определена до того, как появился первый кристалл. Представьте себе, например, следующий эксперимент.

Раствор вновь синтезированного вещества разделяется на несколько партий, скажем Р, Q и R, которые отправляются каждая в свою лабораторию, причем эти лаборатории расположены на расстояниях в сотни миль друг от друга, чтобы избежать их взаимного загрязнения семенами. Затем каждая группа намеренно засевается кристаллами другого типа, чтобы стимулировать появление различных видов кристаллов нового вещества, для которого, согласно гипотезе, кристаллическая форма еще не определена. Все эти кристаллизации происходят по мере возможности одновременно. Предположим, что партии Р, Q и R дают кристаллы разного типа. Образцы этих кристаллов анализируются, и их структура определяется методом рентгеновской кристаллографии. Затем наугад выбирается один, например R, и большие партии этого вещества повторно кристаллизуются с добавлением семян кристаллов R-типа. Согласно гипотезе формативной причинности, эти большие количества кристаллов R-типа должны оказывать более сильное морфическое влияние на все последующие кристаллизации, чем малые начальные образцы кристаллов Р- и Q-типов, и поэтому вероятность получить R-кристаллы должна быть больше, чем Р- и Q-кристаллы.

Теперь сделаем попытку повторить Р- и Q-кристаллизации с теми же видами семян, которые использовались вначале. Кристаллизация проводится также в отсутствие каких-либо семян. Если во всех этих случаях получаются кристаллы R-типа, это серьезное свидетельство в пользу гипотезы формативной причинности. А если такой эксперимент может быть повторен со многими другими вновь синтезированными веществами, значит, есть действительно весомое основание для этой гипотезы.

Однако, если изначально в партиях Р, R и Q получились бы кристаллы только одного типа, результат был бы неоднозначным. С одной стороны, если в одном из растворов кристаллизация началась несколько раньше, чем в других, влияние этих первых кристаллов через морфический резонанс может быть достаточно сильным, чтобы вызвать кристаллизацию того же типа в других растворах. С другой стороны, такой результат согласовался бы с распространенным предположением, что получается структура одного типа, поскольку она одна соответствует минимуму энергии. Тем не менее даже с кристаллом одного типа все же должно быть возможно обнаружить уменьшение времени, необходимого для кристаллизации вещества при стандартных условиях, по мере того как увеличивается число прошлых кристаллов этого типа, вносящих вклад в морфогенетическое поле путем морфического резонанса.

Эксперименты с кристаллами есть только один из способов проверки гипотезы формативной причинности. Примеры возможных экспериментов с биологическими системами обсуждаются в разделах 7.4, 7.6 и 11.4.

6.1. Последовательный морфогенез

После того как субатомные частицы агрегировали в атомы, последние могут объединяться в молекулы, а молекулы — в кристаллы. Кристаллы сохраняют свою форму сколь угодно долго, пока температура остается ниже их точки плавления. Напротив, морфогенетические процессы в живых организмах продолжаются неопределенно долго, в бесконечно повторяющихся циклах роста и воспроизведения.

Простейшие живые организмы состоят из единственной клетки, за ростом которой следует деление, а за делением рост. Таким образом, морфогенетические зародыши хреод деления должны появляться в конечной форме полностью сформировавшихся клеток, а только что разделившиеся клетки служат отправными точками для хреод клеточного роста и развития. В многоклеточных организмах эти циклы продолжаются лишь в некоторых клетках, например в клеточных линиях зародышей, «стволовых» клетках и клетках меристемы. Другие клетки и фактически целые ткани и органы развиваются в различные специализированные структуры, которые в дальнейшем претерпевают незначительные морфогенетические изменения: они перестают расти, хотя могут сохранять способность к регенерации после повреждения, и рано или поздно они умирают. На самом деле возможно, что они смертны именно потому, что они перестают расти.

Развитие многоклеточных организмов происходит через серии стадий, контролируемых последовательностью морфогенетических полей. Сначала развиваются эмбриональные ткани под контролем первичных эмбриональных полей. Затем рано (в «мозаичном» развитии) или поздно (в «регуляторном» развитии) различные области подпадают под влияние вторичных полей: у животных — полей конечностей, глаз, ушей и так далее; у растений — полей листьев, лепестков, тычинок и так далее. Вообще говоря, морфогенезис, вызванный первичными полями, внешне не впечатляет, но имеет фундаментальное значение, поскольку устанавливает характерные различия между клетками в разных участках организма, и эти различия (согласно настоящей гипотезе) позволяют им играть роль морфогенетических зародышей полей органов. Затем в тканях, развивающихся под их влиянием, появляются зародыши вспомогательных полей, которые контролируют морфогенез структур в пределах органа как целого: в листе — пластинок, прилистников, черенков и т. д.; в глазу — роговицы, радужной оболочки, хрусталика и т. д. А затем выступают на сцену морфогенетические поля еще более низких уровней, например контролирующие дифференциацию сосудов в пластинках листа или дифференциацию слизистой оболочки рта и клеток волосков на ее поверхности.

Эти поля могут быть и были исследованы экспериментально при изучении способности развивающихся организмов к регуляции после повреждения различных участков эмбриональной ткани и после прививки ткани, взятой из одного участка, на другой участок организма эмбриона. Как в эмбрионах животных, так и в меристемных зонах растений по мере развития тканей автономия различных участков возрастает; система в целом теряет способность к регуляции, но местная регуляция осуществляется в развивающихся органах, когда первичные эмбриональные поля заменяются более многочисленными вторичными полями.

6.2. Полярность морфогенетических полей

[141]

Большинство биологических морфических единиц поляризовано по крайней мере в одном направлении. Их морфогенетические поля, содержащие поляризованные виртуальные формы, будут автоматически принимать подходящие ориентации, если их морфогенетические зародыши также внутренне поляризованы, но если нет — полярность должна быть наложена на них. Например, сферические яйцеклетки водоросли Fucus не имеют врожденной полярности, и их развитие может начаться только после того, как они поляризованы каким-либо из разнообразных направленных стимулов — светом, градиентом концентрации веществ или электрическими токами; в отсутствие какого-либо из таких стимулов полярность принимается наугад, предположительно благодаря спонтанным флуктуациям.

Почти все многоклеточные организмы поляризованы в направлении стебель — корень или голова — хвост, многие, кроме того, поляризованы и во втором направлении — вентрально-дорсальном, а некоторые — в трех направлениях: голова — хвост, вентрально-дорсальное и левое — правое. Последняя группа является асимметричной и потенциально способна существовать в формах, которые являются зеркальными отражениями друг друга, например улитки со спиральными раковинами. А в организмах с билатеральной симметрией асимметричные структуры, которые возникают на обеих сторонах, обязательно образуются как в правой, так и в левой форме, например руки правая и левая.

Эти зеркальные формы имеют одинаковую морфологию и предположительно развиваются под влиянием одного и того же морфогенетического поля. Поле просто принимает конфигурацию (правую или левую) того морфогенетического зародыша, с которым оно связывается. Так, правые и левые предшествующие системы влияют на правые и левые последующие системы через морфический резонанс.

Такая интерпретация подтверждается некоторыми фактами, хорошо известными в биохимии. Молекулы аминокислот и сахаров являются асимметричными и могут существовать как в правой, так и в левой формах. Однако в живых организмах все аминокислоты в белках являются левосторонними, тогда как большая часть сахаров — правосторонними. Сохранение таких асимметрий возможно благодаря асимметричным структурам ферментов, которые катализируют синтез молекул. В природе большинство аминокислот и сахаров редко или вообще не встречаются вне живых организмов. Поэтому эти индивидуальные асимметричные формы должны вносить преобладающий вклад в морфогенетические поля молекул путем морфического резонанса. Но когда они синтезируются в искусственных условиях, получаются равные количества правосторонних и левосторонних форм; это показывает, что такая «сторонность» формы не является внутренним свойством морфогенетических полей.

6.3. Размеры морфогенетических полей

Размеры индивидуальных атомных или молекулярных морфических единиц более или менее постоянны; это относится также к размерам кристаллических решеток, хотя они повторяются неограниченное число раз, образуя кристаллы различных размеров. Биологические морфические единицы более разнообразны: не только имеются различия между клетками, органами и организмами данных типов, но и сами индивидуальные морфические единицы изменяют размеры в процессе своего роста. Если морфический резонанс должен иметь место со стороны прошлых систем с подобными формами, но другими размерами и если определенное морфогенетическое поле должно оставаться связанным с растущей системой, тогда формы должны быть способны уменьшаться или увеличиваться в масштабе в морфогенетическом поле. Таким образом, их существенные черты будут зависеть не от абсолютных, но от относительных положений их составных частей и от относительных скоростей их вибраций. Простую аналогию представляет музыка, которую воспроизводит играющая грампластинка на различных скоростях вращения: она остается узнаваемой, несмотря на абсолютные изменения во всех тонах и ритмах, потому что отношения нот и ритмов остаются теми же самыми.

Хотя морфогенетические поля могут быть регулируемы по абсолютной величине, диапазон, в котором может изменяться размер системы, ограничен строгими физическими рамками. В трехмерных системах изменения площади поверхности и объема пропорциональны соответственно квадрату и кубу линейных размеров. Этот простой факт означает, что биологические системы не могут неограниченно увеличиваться или уменьшаться без потери стабильности.

6.4. Возрастающая специфичность морфического резонанса в процессе морфогенеза

Энергетический резонанс не является процессом типа «все или ничего»: система резонирует в ответ на диапазон частот, более или менее близких к ее естественной частоте, хотя максимальный отклик происходит лишь тогда, когда воздействующая частота совпадает с ее собственной. Аналогичным образом морфический резонанс может быть более или менее тонко «настроен» и обладает наибольшей специфичностью, когда формы прошлых и настоящих систем наиболее близки.

Когда морфогенетический зародыш попадает в морфический резонанс с формами бесчисленных предшествующих систем более высоких уровней, эти формы не совпадают точно, но порождают вероятностную структуру. На первых стадиях морфогенеза структуры актуализируются в определенных местах в пределах областей, задаваемых вероятностной структурой. Теперь система имеет более развитую и лучше очерченную форму и, следовательно, будет более подобна формам некоторых предшествовавших аналогичных систем, нежели другие формы; морфический резонанс от такой формы станет более специфичным и потому более эффективным. По мере того как развитие прогрессирует, селективность морфического резонанса будет возрастать.

Самую общую иллюстрацию этого принципа представляет развитие организма из оплодотворенного яйца. Ранние стадии эмбриогенеза часто напоминают таковые множества других видов или даже семейств и отрядов. В процессе развития последовательно появляются определенные черты отряда, семейства, рода и, наконец, вида, а относительно незначительные признаки, отличающие один индивидуальный организм от другого организма того же вида, обычно появляются последними.

Эта возрастающая специфичность морфического резонанса будет стремиться канализировать развитие в направлении индивидуальных вариантов конечной формы, которые были выражены в предшествовавших организмах. Детали пути развития будут подвержены влиянию как генетических факторов, так и окружающей среды: организм определенного генетического строения будет стремиться развиваться таким образом, чтобы входить в специфический морфический резонанс с предшествовавшими индивидами с той же генетической конституцией, а влияния окружающей среды будут стремиться вовлечь организм в область специфического морфического влияния прошлых организмов, которые развивались в том же окружении. Предшествовавшие подобные морфические единицы, которые являлись частями такого же организма, будут оказывать еще более специфическое воздействие. Например, в развитии листьев на дереве формы предыдущих листьев на том же дереве, вероятно, будут вносить особенно значительный вклад в морфогенетическое поле, стремясь стабилизировать форму листьев, характерную именно для этого дерева.

6.5. Сохранение и стабильность форм

В конце процесса морфогенеза актуальная форма системы совпадает с виртуальной формой, задаваемой морфогенетическим полем. Непрерывная связь системы с ее полем наиболее четко выявляется в феномене регенерации. Восстановление формы системы после малых отклонений от конечной формы менее очевидно, но не менее важно: морфическая единица непрерывно стабилизируется своим морфогенетическим полем. В биологических системах и до некоторой степени в химических системах это поддержание формы позволяет морфическим единицам сохраняться, даже несмотря на изменения их составных частей, когда они «переворачиваются» и замещаются. Само морфогенетическое поле сохраняется благодаря непрерывному воздействию форм подобных прошлых систем.

Чрезвычайно интересная особенность морфического резонанса, действующего на систему с долго сохраняющейся формой, состоит в том, что этот резонанс содержит в себе вклад прошлых состояний самой системы. До тех пор пока система похожа на себя в прошлом более, нежели на любую другую прошлую систему, саморезонанс будет обладать высокой специфичностью. Это действительно может иметь фундаментальное значение для сохранения идентичности самой системы.

Материю больше нельзя представлять как состоящую из твердых частиц наподобие крошечных бильярдных шаров, которые сохраняются во времени. Материальные системы есть динамические структуры, постоянно сотворяющие себя заново. Согласно настоящей гипотезе, выживание материальных форм зависит от повторяющейся актуализации системы под влиянием ее морфогенетического поля; в то же время морфогенетическое поле непрерывно воспроизводится путем морфического резонанса от прошлых подобных форм. Формы, наиболее подобные и, следовательно, оказывающие наиболее сильное воздействие, — это формы самой этой системы в недалеком прошлом. Оказывается, этот вывод имеет глубокие физические следствия: предпочтительный резонанс системы с самой собой в только что окончившемся прошлом может помочь найти разумное объяснение ее сохранению не только во времени, но также и в определенном месте.

6.6. Замечание о физическом дуализме

Все актуальные морфические единицы можно рассматривать как формы энергии. С одной стороны, их структуры и характер (организация) их активности зависят от морфогенетических полей, с которыми они связаны и под влиянием которых появились на свет. С другой стороны, само их существование и их способность взаимодействовать с другими материальными системами обусловлены заключенной в них энергией. Но хотя эти аспекты формы и энергии могут быть разделены концептуально, в действительности они всегда связаны друг с другом. Никакая морфическая единица не может обладать энергией без формы, и никакая материальная форма не может существовать без энергии.

Этот физический дуализм формы и энергии, которая выявляется гипотезой формативной причинности, имеет много общего с так называемым корпускулярно-волновым дуализмом квантовой теории.

Согласно гипотезе формативной причинности, различие между морфогенезом атомов, молекул, кристаллов, клеток, тканей, органов и организмов — лишь в степени. Если дуализм определяется таким образом, что орбитали электронов в атомах заключают в себе дуализм волны и частицы или формы и энергии, тогда то же справедливо и для более сложных форм морфических единиц высших уровней; но если первые не считаются дуалистичными, тогда и вторые дуализмом не обладают.

Несмотря на их подобие, несомненно, существует качественное различие между гипотезой формативной причинности и принятой теорией. Последняя не дает фундаментального понимания причин форм, если не допустить, что описывающие их уравнения «математических структур» играют причинную роль; но если это допускается, то возникает весьма загадочный дуализм между математикой и реальностью. Гипотеза формативной причинности преодолевает эту проблему тем, что рассматривает формы предшествующих систем как причины последующих подобных форм. С привычной точки зрения это лекарство может показаться хуже, чем сама болезнь, поскольку оно требует возможности воздействия через время и пространство и этим отличается от любого способа физического действия. Однако это утверждение не метафизическое, но физическое, и его можно проверить экспериментально.

Если эта гипотеза подтвердится экспериментальными свидетельствами, она сможет не только позволить интерпретировать различные материальные поля квантовой теории поля на языке морфогенетических полей, но и открыть пути к новому пониманию других физических полей.

В морфогенетическом поле атома обнаженное атомное ядро, окруженное виртуальными орбиталями, служит морфогенетическим аттрактором для электронов. Возможно, так называемое электрическое притяжение между ядром и электронами может рассматриваться как аспект этого атомного морфогенетического поля. Когда конечная форма атома актуализируется путем захвата электронов, она более не является морфогенетическим аттрактором и в «электрических» терминах она нейтральна. Тогда нет ничего немыслимого в утверждении, что электромагнитные поля можно вывести из морфогенетических полей атомов.

Подобным же образом в конечном счете может оказаться возможным интерпретировать сильные и слабые ядерные силы на языке морфогенетических полей атомных ядер и ядерных частиц.

6.7. Обобщение гипотезы формативной причинности

(1) В дополнение к типам энергетической причинности, известным физике, а также к причинности, обусловленной структурами известных физических полей, другой тип причинности ответствен за формы всех материальных морфических единиц (субатомных частиц, атомов, молекул, кристаллов, квазикристаллических агрегатов, органелл, клеток, тканей, органов, организмов). Форма, как она здесь понимается, включает не только форму внешней поверхности морфической единицы, но также ее внутреннюю структуру. Эта причинность, называемая формативной причинностью, накладывает пространственный порядок на изменения, вызываемые энергетической причинностью. Она сама по себе неэнергетична и несводима к причинности, обусловленной известными физическими полями (разделы 3.3, 3.4).

(2) Формативная причинность зависит от морфогенетических полей, структур, оказывающих морфогенетическое воздействие на материальные системы. Морфогенетическая единица каждого вида имеет свое характерное морфогенетическое поле. В морфогенезе индивидуальной морфической единицы одна или более из ее характерных частей — называемая морфогенетическим зародышем — становится окруженной или погруженной в морфогенетическое поле целой морфической единицы. Это поле содержит виртуальную форму морфической единицы, которая актуализируется, по мере того как подходящие компоненты этой системы входят в область его влияния и занимают соответствующие относительные положения. Попадание частей морфической единицы в нужные положения сопровождается высвобождением энергии, обычно в виде тепла, и является термодинамически самопроизвольным; с энергетической точки зрения структуры морфических единиц представляют минимумы, или «колодцы», потенциальной энергии (разделы 3.4, 4.1, 4.2, 4.4, 4.5).

(3) Большая часть процессов неорганического морфогенеза протекает быстро, но биологический морфогенез относительно медленный и протекает через последовательность промежуточных стадий. Данный тип морфогенеза обычно осуществляется по определенному пути развития; такой канализированный путь называется хреодой. Тем не менее морфогенез может также идти в направлении конечной формы от различных морфогенетических зародышей и различными путями, как в феноменах регуляции и регенерации. В циклах клеточного роста и деления и в развитии дифференцированных структур многоклеточных организмов последовательность морфогенетических процессов протекает под воздействием последовательности морфогенетических полей (разделы 2.4, 4.1,5.4,6.1).

(4) Характерная форма данной морфической единицы определяется формами предыдущих подобных систем, которые воздействуют на нее через время и пространство посредством процесса, именуемого морфическим резонансом. Это воздействие осуществляется через морфогенетическое поле и зависит от трех мерной структуры и организации вибраций системы. Морфический резонанс подобен энергетическому резонансу по своей специфичности, но он не может быть объяснен с помощью какого-либо из известных типов резонанса и не сопровождается переносом энергии (разделы 5.1, 5.3).

(5) Все подобные прошлые системы воздействуют на последующие подобные системы путем морфического резонанса. Условно принимается, что это воздействие не прерывается временем и пространством и продолжается неопределенно долго; однако относительный эффект данной системы уменьшается, по мере того как увеличивается число подобных систем, вносящих вклад в морфический резонанс (разделы 5.4, 5.5).

(6) Гипотеза формативной причинности объясняет повторение форм, но не объясняет того, каким образом появляется на свет первый экземпляр любой данной формы. Это уникальное событие может быть приписано случаю, или творческой силе, присущей материи, или трансцендентному творческому принципу. Выбор между этими альтернативами можно сделать только с метафизических позиций, и он лежит вне поля зрения этой гипотезы (раздел 5.1).

(7) Морфический резонанс от промежуточных стадий предыдущих подобных процессов морфогенеза стремится канализировать последующие подобные морфогенетические процессы по тем же самым хреодам (раздел 5.4).

(8) Морфический резонанс от прошлых систем с характерной полярностью может осуществляться эффективно только после того, как морфогенетический зародыш последующей системы был должным образом поляризован. Системы, асимметричные во всех трех измерениях и существующие в право- или левосторонних формах, влияют на последующие подобные системы посредством морфического резонанса независимо от их конформации (раздел 6.2).

(9) Морфогенетические поля подвержены регуляции по абсолютной величине и могут быть увеличены или уменьшены «в масштабе» в определенных пре делах. Таким образом, предшествующие системы могут влиять на последующие системы подобной формы через морфический резонанс, даже если их размеры и отличаются по абсолютной величине (раздел 6.1).

(10) Даже после подгонки по размерам многие пред шествующие системы, влияющие на последующую систему через морфический резонанс, не идентичны, но лишь подобны по форме. Поэтому их формы не могут точно совпадать в морфогенетическом поле. Наиболее часто повторяющийся тип предшествующей формы дает наибольший вклад посредством морфического резонанса, наименее частый — наименьший: морфогенетические поля точно не определены, но представлены вероятностными структурами, которые зависят от статистического распределения предшествующих подобных форм. Распределения вероятностей для электронных орбиталей, описываемые решениями уравнения Шредингера, являются примерами таких вероятностных структур, и они по типу подобны вероятностным структурам морфогенетических полей морфических единиц на высших уровнях (разделы 4.3, 5.4).

(11) Морфогенетические поля морфических единиц влияют на морфогенез путем воздействия на морфогенетические поля составляющих их частей. Так, поля тканей воздействуют на поля клеток; поля клеток — на поля органелл; поля кристаллов — на поля молекул; поля молекул — на поля атомов и так далее. Эти воз действия зависят от влияния вероятностных структур высших уровней на вероятностные структуры низших уровней и, таким образом, имеют вероятностную при роду (разделы 4.3, 4.4).

(12) После того как конечная форма морфической единицы проявилась (актуализировалась), ее стабилизирует и поддерживает непрерывное воздействие морфического резонанса со стороны прошлых подобных систем. Если форма сохраняется, действующий на нее морфический резонанс будет включать вклад ее собственных прошлых состояний. Поскольку система похожа на свои собственные прошлые состояния в большей степени, чем на прошлые состояния других систем, такой морфический резонанс является высокоспецифичным и может иметь большое значение для поддержания идентичности системы (разделы 6.4, 6.5).

(13) Гипотезу формативной причинности можно проверить экспериментально (раздел 5.6).

7.1. Генетика и наследственность

Наследственные различия между организмами, одинаковыми в других отношениях, зависят от генетических различий; эти последние зависят от различий в структуре ДНК или в ее расположении в хромосомах, а эти различия ведут к изменениям в структуре белков или к изменениям в контроле синтеза белка.

Эти фундаментальные открытия, подтвержденные множеством тщательно поставленных экспериментов, дают достаточно ясное понимание процесса наследования белков, а также характеристик, которые более или менее непосредственно зависят от определенных белков, например, серповидно-клеточная анемия и наследственные дефекты метаболизма. Напротив, наследственные различия формы обычно не имеют непосредственной и очевидной связи с изменениями структуры или синтеза определенных белков. Тем не менее такие изменения могут влиять на морфогенез различными способами, через воздействие на метаболические ферменты, ферменты синтеза гормонов, структурные белки, белки в клеточных мембранах и так далее. Много примеров такого влияния уже известно. Но если различные химические изменения приводят к изменениям или искажениям нормальной картины морфогенеза, то что же определяет саму эту нормальную картину?

Согласно механистической теории, клетки, ткани, органы и организмы принимают соответствующие формы в результате синтеза нужных химических компонентов в нужных местах в нужное время. Предполагается, что морфогенез осуществляется самопроизвольно вследствие сложных физико-химических взаимодействий в соответствии с законами физики. Но с какими законами физики? Механистическая теория просто оставляет этот вопрос открытым (раздел 2.2).

Гипотеза формативной причинности предлагает новый ответ на этот вопрос. До тех пор пока она дает интерпретацию биологического морфогенеза, которая подчеркивает аналогию с физическими процессами, такими как кристаллизация, а также приписывает важную роль энергетически неопределенным флуктуациям, она, скорее, выполняет, нежели отрицает ожидания механистической теории. Но если последняя приписывает практически все феномены наследственности генетическому наследованию, воплощенному в ДНК, то гипотеза формативной причинности предполагает, что организмы наследуют также морфогенетические поля прошлых организмов того же вида. Этот второй тип наследования осуществляется путем морфического резонанса, а не через гены. Таким образом, наследственность здесь включает как генетическое наследование, так и морфический резонанс от прошлых подобных форм.

Рассмотрим следующую аналогию. Музыка, льющаяся из громкоговорителя радиоприемника, зависит как от материальных структур приемника и от энергии, приводящей его в действие, так и от передачи, на которую настроен радиоприемник. Конечно, на музыку могут влиять изменения в проводах, транзисторах, конденсаторах и так далее, и она прекращается, когда вынимается батарейка. Тот, кто ничего не знает о передаче невидимых, неосязаемых и неслышимых вибраций через электромагнитное поле, может отсюда заключить, что музыку можно полностью объяснить через составляющие радиоприемника, способ их расположения и энергию, от которой зависит их действие. Если же такой человек допускает возможность того, что нечто приходит в приемник извне, то он бы ее отверг, обнаружив, что приемник имеет одинаковый вес независимо от того, включен он или выключен. Таким образом, он должен был бы предположить, что ритмическая и гармоничная музыка возникает внутри радиоприемника вследствие невероятно сложных взаимодействий между его элементами. После тщательного изучения и анализа состава приемника он даже может быть способен создать его копию, производящую точно такие же звуки, как и оригинал, и, вероятно, может рассматривать такой результат как замечательное подтверждение своей теории. Но, несмотря на это свое достижение, он останется в полном неведении относительно того, что в действительности источником музыки была радиостанция на расстоянии в сотни миль.

В рамках гипотезы формативной причинности «передача» приходит от предыдущих подобных систем, а ее «прием» зависит от деталей структуры и организации принимающей системы. Как и в радиоприемнике, существенное влияние здесь оказывают два вида изменений в организации «приемника». Во-первых, изменения в «настройке» системы могут приводить к приему совершенно различных «передач»: как радиоприемник можно настроить на разные радиостанции, так и развивающаяся система может быть «настроена» на разные морфогенетические поля. Во-вторых, как изменения в радиоприемнике, настроенном на определенную станцию, могут приводить к изменениям и искажениям музыки, исходящей из громкоговорителя, так же и изменения в системе, развивающейся под влиянием определенного морфогенетического поля, могут приводить к различным изменениям и искажениям конечной формы.

Таким образом, в развивающихся организмах как окружающая среда, так и генетические факторы могут влиять на морфогенез двумя различными способами: либо через изменения «настройки» морфогенетических зародышей, либо изменяя обычные пути морфогенеза так, что образуются разные варианты нормальных конечных форм.

7.2. Измененные морфогенетические зародыши

Морфогенетические зародыши для развития органов и тканей состоят из клеток или групп клеток с характерными структурой и организацией колебаний (разделы 4.5,6.1). Если в силу необычных условий окружающей среды или генетических изменений структура и организация колебаний зародыша достаточно изменились, то он перестает быть связанным с обычным для него морфогенетическим полем: тогда он либо может вообще стать неспособным действовать как зародыш, и в этом случае вся соответствующая структура не появится в организме; либо он может оказаться связанным с другим морфогенетическим полем, и тогда в этой части организма может развиться иная структура, а не та, которая обычно здесь образуется.

Было описано множество примеров такой потери целостной структуры или замены одной структуры на другую. Иногда одинаковые изменения могут быть вызваны генетическими факторами и изменениями в окружении развивающегося организма; последние в генетической литературе именуются фенокопиями.

Рис. 17. Нормальная особь плодовой мушки Drosophila (А) и мутантная мушка (В), у которой третий грудной сегмент был трансформирован таким образом, что он стал похож на второй грудной сегмент. В результате мушка имеет две пары крыльев вместо одной

Эффекты такого рода были детально изучены на плодовой мушке дрозофиле. Значительное число идентифицированных мутаций приводит к трансформациям целых участков тела мушки; например, антеннопедия заменяет усики на ножки, а мутации в грудном (бито-раксовом) генном комплексе приводит к тому, что третий (задний) грудной сегмент, который в норме содержит два зачатка (halteres), развивается так, как если бы он был средним сегментом (рис. 17). При этом взрослые организмы имеют две пары крыльев на соседних сегментах.

Сопоставимые явления были обнаружены у растений. Например, у гороха в норме листья включают собственно листочки у основания и усики на конце.

В некоторых листьях усики образуются напротив листьев, указывая на то, что одинаковые примордии (зачаточные листы) могут давать структуры обоих типов (рис. 18); предположительно на клетки в этих примордиях влияют некие факторы в эмбриональном листе, заставляющие эти клетки принимать структуру и организацию колебаний, характерные для морфогенетического зародыша либо усика, либо листочка. Однако в мутанте одного типа способность образовывать усики подавлена, и все примордии дают листочки; в мутанте другого типа (вследствие гена в другой хромосоме) подавлено образование листочков, и все примордии дают только усики (рис. 18).

Рис. 18. А — нормальные листья гороха, имеющие как листочки, так и усики;

В — лист мутанта, у которого образуются только листочки;

С — лист мутанта, у которого образуются только усики

Принятая интерпретация состоит в том, что гены, ответственные за эти явления, участвуют в контроле синтеза белков, необходимых для нормальных процессов морфогенеза. Интерпретация с позиции гипотезы формативной причинности не противоречит этому допущению, но дополняет его. Продукт гена, о котором идет речь, рассматривается не лишь как нечто, «включающее» или «выключающее» сложную цепь химических взаимодействий, но как нечто, влияющее на структуру морфогенетического зародыша. Можно представить много способов осуществления такого влияния, например кодирование белка, модифицирующего свойства клеточных мембран. Если мутация изменила структуру этого белка и, следовательно, привела к изменениям свойств мембран, структура или организация колебаний клеток морфогенетического зародыша может измениться таким образом, что они уже не могут быть связаны с обычным для них морфогенетическим полем. Следовательно, весь путь морфогенеза будет заблокирован. Поскольку клетки, участвующие в этом пути, более не претерпевают нормальное развитие и дифференциацию, они не будут синтезировать белки, характерные для этих процессов. А если морфогенетический зародыш изменился так, что он оказался связанным с другим морфогенетическим полем с помощью морфического резонанса, то развивающиеся клетки будут синтезировать белки, соответствующие другому морфогенетическому процессу.

Таким образом, мутация, в результате которой один из путей морфогенеза оказался заблокированным или которая привела к другому пути, действительно изменяет продукт гена, косвенно контролирующий заданную схему синтеза белков, как и предполагает механистическая теория. Однако этот контроль не будет зависеть только от сложных химических взаимодействий, но будет осуществляться также посредством морфогенетических полей.

7.3. Измененные пути морфогенеза

В то время как факторы, влияющие на морфогенетические зародыши, производят в морфогенезе качественные эффекты, такие как отсутствие какой-либо структуры или замена одной структуры на другую, многие генетические факторы или воздействия окружающей среды вызывают количественные изменения конечных форм посредством модификации процессов морфогенеза. Например, в растениях данной культурной разновидности, выросших в некотором диапазоне условий окружающей среды, строение стебля и корневой системы, морфология листьев и даже анатомия различных органов в деталях отличаются, но тем не менее характерная форма этой разновидности остается узнаваемой. Или в различных разновидностях данного вида, выросших в одинаковых условиях, растения отличаются друг от друга множеством деталей, хотя все они узнаваемы как разные варианты одной характерной формы: в конечном счете виды определяются прежде всего по их морфологии.

Генетические факторы и окружающая среда влияют на развитие через различные количественные воздействия на компоненты структуры, ферментативную активность, гормоны и т. д. (раздел 7.1). Некоторые из этих воздействий сравнительно неспецифичны и изменяют несколько различных путей морфогенеза. Другие могут нарушать нормальный ход развития, но мало влияют на конечную форму благодаря регуляции.

Хотя некоторые поразительные генетические эффекты и могут быть прослежены до конкретных генов, большая часть таких эффектов зависит от комбинированного воздействия множества генов, индивидуальные эффекты которых малы, их трудно выявить и подвергнуть анализу.

Согласно гипотезе формативной причинности, организмы одного вида или сорта будут похожи друг на друга не только потому, что они генетически подобны и, следовательно, подвержены одинаковым генетическим влияниям в процессе морфогенеза, но также и потому, что характерные хреоды их вида усилены и стабилизированы посредством морфического резонанса от прошлых организмов того же вида.

Морфогенетические поля видов не фиксированы, но изменяются с эволюцией вида. Наибольший статистический вклад в вероятностные структуры морфогенетических полей будет внесен наиболее общими морфологическими типами, которые одновременно будут теми, которые развивались при наиболее обычных условиях среды. В простейших случаях эффект автоматического усреднения при морфическом резонансе будет стабилизировать морфогенетические поля вокруг одиночных наиболее вероятных форм или «дикого типа». Но если вид обитает в двух географически или экологически различающихся местностях, в которых развивались характерные разновидности или сорта, морфогенетические поля видов будут содержать не единственную наиболее вероятную форму, а «мультимодальное» распределение форм, зависящее от числа морфологически различимых разновидностей или сортов и от относительной численности их прошлых популяций.

7.4. Доминирование

На первый взгляд может показаться, что идея о стабилизации видовых форм путем морфического резонанса от прошлых организмов того же вида мало что добавляет к обычному объяснению в рамках одного лишь генетического подобия. Однако важность этой идеи становится очевидной при рассмотрении гибридных организмов, которые подвержены морфическому резонансу от двух различных родительских типов.

Рис. 19. Диаграмма вероятностных структур морфогенетических полей родителей и гибридов

Вернемся к аналогии с радио: при нормальных обстоятельствах приемник настроен в любой момент времени только на одну станцию, так же как организм в норме «настроен» на прошлые подобные системы того же вида. Но если радио должно быть настроено на две станции одновременно, то звуки, которые оно издает, зависят от относительной силы сигналов этих станций: если один очень сильный, а второй очень слабый, то эффект последнего мало заметен; но если оба одинаково сильны, приемник издает смесь звуков из обоих источников. Подобно этому, в гибриде, образовавшемся в результате скрещивания двух видов, присутствие генов и характерных для каждого вида генных продуктов будет стремиться привести развивающийся организм в состояние морфического резонанса с прошлыми организмами обоих родительских типов. Тогда полный набор вероятностных структур в пределах морфогенетических полей гибрида будет зависеть от относительной силы морфического резонанса двух родительских типов. Если оба родителя происходят из видов, представленных сравнимым числом прошлых индивидуумов, то оба будут влиять на морфогенез в одинаковой степени, давая комбинацию или «результирующую» двух родительских форм (рис. 19 А). Но если один вид был представлен меньшим числом индивидов, чем другой, меньший вклад первого в общую вероятностную структуру будет означать, что станет преобладать форма второго из родительских видов (рис. 19 В). А если один из родителей происходит из недавно образовавшейся мутантной линии, морфический резонанс от малого числа прошлых индивидуумов этого типа внесет лишь незначительный вклад в вероятностную структуру гибридов (рис. 19 C).

Эти ожидания согласуются с фактами. Во-первых, гибриды между двумя хорошо утвердившимися разновидностями или видами обычно сочетают черты обоих или представляют собой промежуточную форму. Во-вторых, в гибридах между относительно молодым и давно сформировавшимся видами признаки последнего обычно более или менее доминируют. И в-третьих, недавно произошедшие мутации, влияющие на морфологические признаки, почти всегда рецессивны.

Существенно то, что механистические теории доминирования являются неясными и спекулятивными, за исключением случаев, когда рассматриваются признаки, более или менее непосредственно зависящие от определенных белков. Если мутантный ген приводит к потере функции, например стимулируя синтез дефектного фермента, то он будет рецессивным, поскольку в гибридах присутствие нормального гена делает возможным производство нормального фермента и, следовательно, протекание нормальных биохимических реакций. Однако в некоторых случаях продукт дефектного гена может быть опасным, например нарушая проницаемость мембран, и тогда мутация будет одновременно доминирующей и летальной.

Эти объяснения удовлетворительны в пределах своей применимости; но в отсутствие какого-либо механистического понимания морфогенеза попытка объяснить доминирование в наследовании формы путем экстраполяции с молекулярного уровня неизбежно приводит к необходимости считать этот спорный вопрос решенным и не требующим доказательств.

Принятые генетические теории доминирования более сложные, нежели чисто биохимическая теория; они подчеркивают, что доминирование не фиксировано, но оно эволюционирует. Чтобы объяснить относительную однородность диких популяций, в которых большинство нелетальных мутаций рецессивны, они допускают, что доминированию «дикого типа» благоприятствует естественный отбор. Одна теория постулирует отбор генов, которые модифицируют доминирование других генов, а другая теория — отбор версий генов, обладающих возрастающей эффективностью, которые контролируют данные доминантные признаки. Но помимо того, что имеется мало данных в пользу каждой из них и есть таковые против обеих, эти теории страдают тем недостатком, что они, скорее, заранее предполагают доминантность, нежели объясняют ее: они лишь предлагают гипотетические механизмы, с помощью которых она может поддерживаться или усиливаться.

Согласно гипотезе формативной причинности, доминантность развивается по причине фундаментально иного характера. Типы, которым благоприятствует естественный отбор, будут представлены большим числом индивидуумов, чем типы с меньшей способностью к выживанию; с течением времени первые приобретают возрастающую доминантность в результате кумулятивного эффекта морфического резонанса.

Эту гипотезу в принципе можно экспериментально отличить от всех механистических теорий доминантности. Согласно последним, при данных условиях окружающей среды доминантность зависит только от генетического строения гибрида, тогда как, согласно первой, она зависит как от генетического строения, так и от морфического резонанса родительских типов. Поэтому, если соотношение сил резонанса от родительских типов изменяется, то доминирование одного над другим также изменится, даже если генетическое строение гибрида останется тем же.

Рассмотрим следующий эксперимент. Гибридные семена получены скрещиванием между растениями четко определенного сорта (Р1) и мутантной линии (Р2). Некоторые из этих гибридных семян помещены в холодный инкубатор, а другие выращиваются в контролируемых условиях. Характеристики гибридных растений тщательно регистрируются, и сами растения сохраняются. В этих растениях абсолютно доминирует морфология Р1 (рис. 19 С). Затем очень большие количества растений мутантного типа (Р2) выращиваются в поле. Некоторые из полученных затем гибридов снова выращиваются в тех же условиях, что и раньше, из той же партии семян. Поскольку теперь Р2 вносит больший вклад путем морфического резонанса, Р1 может доминировать лишь отчасти (рис. 19 В). После нового выращивания множества растений Р2 форма гибрида может стать промежуточной между двумя родительскими типами (рис. 19 А). Затем выращивается еще больше растений Р2; после этого гибриды снова выращиваются в тех же условиях, что и предыдущие из той же партии семян. Теперь тип Р2 будет вносить путем резонанса больший вклад, чем Р1 и морфология Р2 станет доминантной.

Такой результат явится весомым свидетельством в пользу гипотезы о роли морфического резонанса в доминировании признаков и будет абсолютно непонятным с точки зрения ортодоксальной генетической теории. Единственная проблема в таком эксперименте состоит в том, что его может быть трудно осуществить на практике, поскольку если Р1 — это хорошо определенный тип, который уже существовал очень долгое время — в случае дикого типа, возможно, тысячи или даже миллионы лет, — то практически невозможно вырастить сравнимые количества типа Р2. Эксперимент может быть осуществим, только если P1 — это недавно появившийся сорт, у которого количество особей, выращенных в прошлом, было сравнительно невелико.

7.5. Семейные сходства

В пределах данного вида организмы отличаются друг от друга всевозможными мелкими деталями. В скрещенной популяции каждая особь более или менее уникальна генетически и потому стремится следовать собственному пути развития под различными количественными влияниями своих генов. Более того, поскольку морфогенез зависит от влияния вероятностных структур на вероятностные события, процесс в целом становится до некоторой степени неопределенным. А еще и местные условия различаются. В результате действия всех этих факторов каждый индивидуум имеет характерную форму и вносит собственный уникальный вклад в возникающие затем морфогенетические поля.

Вероятно, наиболее специфичным морфическим резонансом, действующим на определенный организм, является тот, который проистекает от близко связанных индивидуумов со сходным генетическим строением, что объясняет семейное сходство. Этот специфичный морфический резонанс накладывается на менее специфичный резонанс от многочисленных прошлых индивидуумов той же разновидности; а этот, в свою очередь, будет накладываться на общий фон морфического резонанса от всех прошлых представителей вида.

В модели хреоды (рис. 5) наиболее специфичные морфические резонансы будут определять конкретные пути индивидуального морфогенеза, соответствующие руслу ручья, а менее специфичный морфический резонанс от предыдущих индивидуумов той же разновидности будет соответствовать дну небольшой долины. Хреоды различных разновидностей в пределах данного вида соответствуют незначительно отклоняющимся или параллельным долинам в пределах более широкой долины, представляющей хреоду вида в целом.

7.6. Эффекты окружения и морфический резонанс

На формы организмов в различной степени влияют условия среды, в которой они развиваются. Согласно гипотезе формативной причинности, на них влияют также условия среды, в которых развивались предыдущие подобные организмы, поскольку формы этих организмов вносят вклад в морфогенетические поля путем морфического резонанса. Используя аналогию с радио, можно сказать, что музыка, выходящая из радиоприемника, испытывает на себе влияние изменений не только в приемнике, но и в передающей станции; если оркестр начинает играть другую музыку, радиоприемник также производит другие звуки, хотя его настройка и внутренняя структура не изменились.

Рассмотрим, например, новую разновидность культурного вида. Если очень большие количества растений этого вида выращены в одной среде, а очень малые — в другой, то первые будут вносить существенно больший вклад в вероятностные структуры морфогенетических полей этой разновидности; их форма будет наиболее вероятной формой разновидности и потому будет влиять на морфогенез всех последующих растений той же разновидности, даже тогда когда они будут выращиваться в другой среде.

Чтобы проверить это предсказание, вероятно, лучше всего было бы использовать новую разновидность самоопыленного зерна; такие растения очень близки друг другу генетически, и не будет опасности их скрещивания с другими разновидностями. Для начала несколько растений должны быть выращены в двух очень разных окружающих условиях, X и Y, и их морфологические признаки тщательно зарегистрированы. Некоторые из начальной партии семян должны быть заложены в холодное хранилище. Затем очень большие количества растений выращиваются в условиях Y (либо в один сезон, либо несколько поколений). Далее из нескольких семян, хранившихся на холоде, снова выращиваются несколько растений в условиях X. На их морфогенез теперь должен влиять морфический резонанс от больших количеств генетически подобных растений, выращенных в условиях Y. Следовательно, они должны иметь больше признаков морфологии Y-типа, чем имели первичные растения Х-типа. (Конечно, для корректного сравнения растений, выращенных в Х-условиях в различных случаях, необходимо было бы удостовериться, что условия были практически одинаковыми; это невозможно сделать в поле, но довольно легко обеспечить в искусственно контролируемой среде в фитотроне.)

Если бы такой результат действительно был получен, он дал бы положительное свидетельство в пользу гипотезы формативной причинности и был бы необъясним с позиций механистической теории.

Негативный результат здесь был бы неубедителен по двум причинам: во-первых, прямые воздействия условий X на морфогенетические процессы могут быть столь сильными, что они всегда будут канализировать морфогенез по хреодам Х-типа, несмотря на относительно слабый эффект морфического резонанса для этих путей. И во-вторых, растения других разновидностей того же вида будут влиять на развитие посредством морфического резонанса, хотя и менее специфично; тем не менее это влияние будет стремиться стабилизировать или хреоды обоих типов, X и Y, или каждую в отдельности, особенно если эти условия похожи на те, в которых обычно росли предыдущие разновидности того же вида. Этот эффект может быть минимизирован надлежащим выбором условий среды.

7.7. Наследование приобретенных признаков

Влияние предшествующих организмов на последующие подобные организмы путем морфического резонанса может приводить к эффектам, которые невозможно было бы предположить в случае, если наследственность зависит только от передачи генов или других материальных структур от родителей к потомству. Такое обстоятельство позволяет увидеть в ином свете вопрос о наследовании приобретенных признаков.

В упорном противостоянии друг другу в конце девятнадцатого — начале двадцатого столетия как ламаркисты, так и последователи Вейсмана и Менделя полагали, что наследственность зависит только от зародышевой плазмы вообще или от генов в частности. Поэтому, если признаки, приобретенные организмом в ответ на воздействие среды, должны были наследоваться, то или зародышевая плазма, или гены должны были претерпевать специфические изменения. Противники ламаркизма подчеркивали, что такие изменения представляются чрезвычайно маловероятными, если не невозможными. Даже сами ламаркисты были неспособны предложить какие-либо правдоподобные механизмы, которые могли бы привести к таким изменениям.

С другой стороны, теория Ламарка, казалось, давала правдоподобные объяснения наследственным адаптациям у животных и растений. Например, у верблюдов на коленях есть мозоли. Легко понять, что они приобретаются в результаты стирания кожи, когда верблюды становятся на колени. Но верблюжата рождаются уже с мозолями. Факты такого рода могут стать вполне понятными, если приобретенные признаки каким-то образом наследуются.

Однако менделисты такую возможность отрицают и предлагают альтернативную интерпретацию, используя идею о случайных мутациях: если организмы с данными приобретенными признаками являются более приспособленными с точки зрения естественного отбора, то случайные мутации, которые приводят к появлению таких же признаков без необходимости их наследования, также будут усиливаться путем естественного отбора, и, таким образом, эти признаки станут наследуемыми. Такое гипотетическое представление наследования приобретенных признаков иногда называют эффектом Болдуина — по имени теоретика-эволюциониста, который впервые его предложил.

В начале двадцатого столетия многие ученые утверждали, что им удалось продемонстрировать наследование приобретенных признаков у различных видов животных и растений. Антиламаркисты ответили контрпримерами, снова и снова цитируя хорошо известный эксперимент Вейсмана, в котором он отрубал хвосты у мышей в двадцати двух последовательных поколениях и обнаружил, что их потомство все равно рождается с хвостами. Другой аргумент привлекал внимание к тому факту, что после обрезания у многих поколений евреев они все еще рождаются с крайней плотью.

После самоубийства одного из ведущих ламаркистов, П. Каммерера, в 1926 году менделизм утвердился на Западе как почти неоспоримая общепринятая теория. Между тем в Советском Союзе последователи идеи о наследовании приобретенных признаков во главе с Т. Д. Лысенко заняли ведущие позиции в руководстве биологической наукой в 1930-х гг. и сохраняли их до 1964 г. В этот период многие из их оппонентов — менделистов — подверглись жестоким гонениям. Такая поляризация породила горечь и догматизм в обоих направлениях.

Однако сейчас имеется достаточно много свидетельств того, что приобретенные признаки действительно могут наследоваться; проблема перешла в область интерпретации. В своих выдающихся сериях экспериментов К. X. Уоддингтон подвергал яйца или куколки дикой популяции плодовой мушки воздействию либо паров эфира, либо высоких температур, вызывая тем самым ненормальное развитие некоторых мушек. Следующее поколение выводилось от этих ненормальных мушек, яйца или куколки снова подвергались стрессовым воздействиям среды; и снова отбирались ненормальные мушки, от них получали потомство и так далее. В последовательных поколениях процент ненормальных мушек возрастал. Через много поколений (в некоторых случаях 14, в других — 20 или более), когда потомство ненормальных мушек выращивалось без стрессовых воздействий, в нормальных условиях среды некоторые из них все еще развивались с характерными отклонениями. Более того, эти отклонения продолжали появляться в их потомстве, выращенном в нормальных условиях. По словам Уоддингтона: «Все эти эксперименты показывают, что если отбор происходит по наличию признака, приобретенного в данных ненормальных условиях окружающей среды, полученные избранные линии могут проявлять этот признак даже тогда, когда они возвращаются к нормальному окружению».

Уоддингтон рассматривал возможность того, что некоторые физические или химические воздействия от измененных структур в ненормальных мушках могли вызывать наследуемые модификации в их генах, но отверг ее, поскольку открытия молекулярной биологии показали, что любой из таких механизмов крайне маловероятен. Его заключительная интерпретация подчеркивала как роль отбора для отклика генетического потенциала на стрессовые воздействия путем ненормального развития, так и «канализацию развития», происходящую при модифицированном морфогенезе. «Используя несколько образный язык, можно сказать, что отбор не просто понизил порог, но и определил, в каком направлении будет двигаться развивающаяся система, когда она этот порог перейдет». Сам Уоддингтон создал слово «хреода» для выражения идеи направленного, канализированного развития. Он думал об определении направления, принимаемого хреодой, в терминах ее «настройки». Но он не объяснил, как возникают эта канализация и «настройка», сделав лишь неопределенное предположение, что они каким-то образом зависят от отбора генов.

Гипотеза формативной причинности дополняет интерпретацию Уоддингтона: хреоды и конечные формы, к которым они направлены, зависят от морфического резонанса от предыдущих подобных организмов; наследование приобретенных признаков типа, исследовавшегося Уоддингтоном, зависит как от генетического отбора, так и от прямого влияния морфического резонанса от организмов, развитие которых было модифицировано в ответ на ненормальное окружение.

8.1. Неодарвинистская теория эволюции

Фактически очень мало известно, если вообще когда-нибудь может быть известно, о деталях эволюции в прошлом. Также эволюцию нелегко наблюдать в настоящем. Даже на шкале времени в миллионы лет начало новых видов является редким, а родов, семейств и отрядов — еще более редким событием. Эволюционные изменения, которые действительно наблюдались в течение последнего столетия или около того, большей частью касаются развития новых разновидностей или сортов в пределах установленных видов. Примером, наиболее подтвержденным документально, может служить появление разновидностей нескольких европейских мотыльков с темной окраской в районах, где промышленные выбросы привели к почернению поверхностей, на которых они обитают. Темные мутанты лучше выживали вследствие естественного отбора, поскольку были лучше замаскированы и потому их меньше поедали птицы.

При таком скудном наборе прямых свидетельств и при столь малых возможностях экспериментальной проверки любая интерпретация механизма эволюции неизбежно должна быть спекулятивной: не ограниченная конкретными фактами, она будет представлять собой главным образом различные варианты развития своих изначальных предположений о природе наследственности и об источниках наследственной изменчивости.

Ортодоксальная механистическая интерпретация дается неодарвинистской теорией, которая отличается от оригинальной теории Дарвина по двум основным моментам: во-первых, она предполагает, что наследственность может быть объяснена с помощью генов и хромосом; и во-вторых, что конечной причиной наследственной изменчивости являются случайные мутации генетического материала. Основные положения этой теории можно суммировать следующим образом:

(1) Мутации происходят случайно.

(2) Гены рекомбинируют путем полового воспроизведения, перекрещивания (кроссинговера) хромосом и изменения их структуры. Эти процессы производят новые перестановки (пермутации) генов, которые могут вызывать новые эффекты.

(3) Распространение благоприятной мутации протекает быстрее в малых, нежели в больших скрещивающихся, популяциях. В малых или среднего размера популяциях, которые претерпевают большие флуктуации, мутантные гены могут быть утеряны или сохранены наугад скорее путем «генетического дрейфа», чем в результате естественного отбора.

(4) Естественный отбор стремится исключить мутантные гены с вредными эффектами. Факторы отбора включают: хищников, паразитов и инфекционные заболевания, конкуренцию за пространство, еду и т. д., климатические и микроклиматические условия и сексуальный отбор.

(5) Новые давления отбора выступают на сцену в результате изменений условий среды и моделей по ведения самих организмов.

(6) Если популяции разделяются географически, или экологически, или по какой-либо другой причине, то вероятно, что их эволюция становится дивергентной.

(7) В особенности в растительном царстве новые виды могут появляться от внутривидовых гибридов, которые хотя обычно стерильны, но иногда становятся плодоносящими вследствие полиплоидности.

Некоторые из основных положений этой неодарвинистской теории были разработаны математически в области теоретической популяционной генетики. Для построения математических моделей обычно принимается простоты ради, что гены подвергаются отбору независимо друг от друга (хотя на самом деле они связаны вместе в хромосомах и при своих проявлениях взаимодействуют с другими генами). Тогда, приписывая численные значения давлениям отбора, скоростям мутаций и размерам популяций, можно определить изменения частоты гена на протяжении данного числа поколений. Эти методы были распространены на все аспекты эволюции с помощью допущения, что морфологические признаки и инстинкты определяются отдельными генами или комбинациями генов.

Большинство неодарвинистских теоретиков полагают, что дивергентная эволюция под влиянием естественного отбора на протяжении длительных периодов времени приводит к развитию не только новых сортов, разновидностей и подвидов, но также новых видов, родов, семейств, отрядов и типов. Этот взгляд оспаривался на том основании, что различия между этими высшими таксономическими единицами слишком велики, чтобы они могли возникать в результате постепенных трансформаций; помимо чего-либо другого организмы часто различаются количеством и структурой своих хромосом. Разные авторы высказывали мнение, что эти крупномасштабные эволюционные изменения происходят внезапно в результате макромутаций. Современными примерами таких внезапных изменений могут служить уродливые животные и растения (монстры), у которых структуры были трансформированы, дублированы или подавлены. Случайно в процессе эволюции «многообещающие монстры» могли выживать и воспроизводиться. Один из аргументов в пользу такого взгляда состоит в том, что, в то время как постепенные изменения под давлением отбора должны приводить к формам с различной адаптивной ценностью (за исключением, быть может, малых популяций, подверженных «генетическому дрейфу»), макромутации могут производить все типы кажущихся беспричинными макромасштабных вариаций, которые могут быть удалены путем естественного отбора, только если они несомненно вредны. Это помогает объяснить удивительное разнообразие живых организмов.

Несмотря на то что эти авторы подчеркивают важность внезапных больших изменений, они не отвергают также ортодоксальные положения о том, что эволюция в целом зависит только от случайных мутаций и генетической наследственности в сочетании с естественным отбором.

Более радикально настроенные критики оспаривают сами эти фундаментальные принципы, утверждая, что вряд ли можно допустить, что все адаптивные структуры и инстинкты живых организмов могли возникнуть чисто случайно, даже если полагать, что естественный отбор позволяет организмам выживать и воспроизводиться, только если они достаточно хорошо к этому приспособлены. Более того, они утверждают, что некоторые случаи параллельной и конвергентной эволюции, в которых очень сходные морфологические признаки появляются независимо в различных таксономических группах, указывают на действие в эволюции неизвестных факторов, даже если допустить существование параллельно действующих давлений отбора. Наконец, некоторые возражают против явно или неявно выраженного механистического положения, что эволюция в целом совершенно бесцельна.

Метафизическое отрицание какой-либо творческой силы или цели в эволюционном процессе вытекает из материалистической философии, с которой механистическая теория столь тесно связана. Но если не считать, что результаты научных и метафизических исследований должны быть безнадежно перепутаны, в рамках ограниченного контекста эмпирической науки неодарвинизм должен рассматриваться не как метафизическая догма, но как научная гипотеза. А как таковая она вряд ли может считаться доказанной: в лучшем случае она предлагает вероятную интерпретацию процессов эволюции на основе своего предположения о генетической наследственности и случайности мутаций.

Гипотеза формативной причинности позволяет рассматривать наследственность в новом свете и поэтому приводит к существенно иной интерпретации эволюции. Но, находясь в согласии с неодарвинистским положением о случайности генетических мутаций, она не подтверждает и не отрицает метафизику материализма (раздел 8.7).

8.2. Мутации

Если бы организмы развивались поколение за поколением в одних и тех же окружающих условиях и передавали своему потомству все время одни и те же гены, сочетание эффектов генетической наследственности и морфического резонанса привело бы к бесконечному повторению одних и тех же старых форм. Но в действительности организмы претерпевают изменения под влиянием факторов как внутренних — генетических мутаций, так и внешних — изменений окружающей среды.

Мутации представляют собой случайные изменения структуры генов или хромосом, непредсказуемые для данного индивидуума не только на практике, но также и в принципе, поскольку они зависят от вероятностных событий. Нет причин сомневаться, что они носят случайный характер, как и предполагает неодарвинистская теория.

Многие мутации вызывают эффекты настолько вредные, что они становятся смертельными. Но из тех, которые менее опасны, некоторые влияют на морфогенез посредством количественных воздействий на пути морфогенеза и приводят к появлению различных вариантов нормальных форм (раздел 7.3), а другие влияют на морфогенетические зародыши таким образом, что все пути морфогенеза либо полностью блокируются, либо заменяются на иные (раздел 7.2).

В тех редких случаях, когда мутации ведут к изменениям, которым благоприятствует естественный отбор, не только возрастает доля мутантных генов в популяции, в согласии с неодарвинистской теорией, но также повторение новых путей морфогенеза в увеличивающемся количестве особей будет усиливать новые хреоды; не только «пулы генов», но и морфогенетические поля вида будут изменяться и эволюционировать вследствие естественного отбора.

8.3. Дивергенция хреод

Если мутация или изменение окружения нарушает нормальный ход морфогенеза на сравнительно ранней стадии, система может быть способна к регулированию и продолжению развития до создания нормальной формы, несмотря на это нарушение. Если этот процесс повторяется поколение за поколением, отклонение хреоды будет стабилизироваться морфическим резонансом; следовательно, вся порода или разновидность данного вида начнет следовать ненормальному пути морфогенеза, хотя в результате получится обычная взрослая форма. Действительно, описано много случаев так называемых временных отклонений в развитии. Например, у торфяных червей Prorhynchnus stagnitilis яйцеклетки делятся либо спиральным, либо радиальным способом, и развивающиеся эмбрионы растут либо внутри желтка, либо на его поверхности. Вследствие этих различий на ранних стадиях эмбрионального развития некоторые органы формируются в различной последовательности; тем не менее взрослые животные идентичны. А у единственного вида кольчатого червя, Nereis, образуются два очень разных типа личинок; несмотря на это, обе развиваются в одну и ту же взрослую форму. В некоторых из таких случаев временные отклонения могут быть адаптивными, например, к условиям жизни личинок, но по большей части они возникают без видимых причин. Гораздо большее эволюционное значение имеют те отклонения хреод, которые не полностью корректируются путем регуляции и поэтому приводят к появлению отличающихся друг от друга конечных форм. Такие изменения путей развития могут возникать в результате мутаций (ср. раздел 7.3) или необычных условий окружающей среды (ср. раздел 7.6). В случае мутации в неизменном окружении, если отклонившаяся конечная форма имеет преимущество с точки зрения отбора, частота мутантных генов в популяции будет возрастать и, кроме того, новая хреода усилится вследствие морфического резонанса. В более сложном случае, когда отклонившаяся форма, возникшая в ответ на необычные окружающие условия, имеет селективное преимущество, новая хреода будет усиливаться, как и раньше, и в то же время отбор будет действовать в пользу организмов, имеющих генетические возможности для такой реакции на окружение (сравните с экспериментами Уоддингтона на плодовых мушках, раздел 7.7). Так приобретенные признаки станут наследуемыми в результате сочетания генетического отбора и морфического резонанса.

В естественных условиях действие различных давлений отбора на географически или экологически изолированные популяции какого-либо вида приведет к расхождению (дивергенции) как их «генных пулов», так и их хреод. Действительно, бесчисленные виды животных и растений разошлись (в ходе эволюции) в генетически и морфологически различные породы и разновидности; знакомыми примерами являются одомашненные животные и культурные растения. Подумайте, например, о поразительно различающихся породах собак, от афганской гончей до китайского мопса.

Рис. 20. Сравнение форм различных видов рыб (из Thompson, 1942). Воспроизведено с разрешения издательства Cambridge University Press

В некоторых случаях морфологическое расхождение затрагивает лишь одну определенную структуру или малую группу структур, тогда как другие остаются относительно устойчивыми. Например, в маленькой рыбке Beloneacus на ранних стадиях развития челюсти подобны таковым у родственных видов, но впоследствии развиваются в необычайно удлиненное рыло. Множество различных структурных преувеличений развились под влиянием сексуального отбора, например рога у оленя. А цветы дают тысячи примеров расхождений в развитии различных составных частей: сравните, например, модификации лепестков у разных видов орхидей.

В других случаях форма многих различных структур меняется сходным образом. Если формы варьируются особенно единообразно и гармонично, их можно сравнивать графически, по систематическому искривлению наложенных координат (рис. 20), как показал сэр Д'Арси Томпсон в разделе своего очерка «О росте и форме», озаглавленном «Теория трансформаций, или сравнение родственных форм».

Эволюционные изменения такого типа происходят в рамках уже существующих морфогенетических полей. Они создают вариации на данные темы. Но они не могут объяснить существование самих этих тем. По словам Томпсона:

«Мы не можем превратить беспозвоночное в позвоночное или кишечнополостное в червя посредством какой-либо простой и правильной деформации или чего-либо, не поддающегося разложению на элементарные принципы… Формальное сходство, от которого мы зависим как от надежного критерия родства животных в некоторых пределах или при некоторых степенях близости и подобия, в других случаях перестает нам служить, поскольку при некоторых обстоятельствах оно перестает существовать. Наши геометрические аналогии являются весомым свидетельством против дарвиновской концепции бесчисленных и непрерывных изменений; они помогают показать, что скачкообразные изменения естественны, что. внезапные изменения, большие или меньшие, должны были иметь место и время от времени должны были возникать новые типы».

8.4. Подавление хреод

В то время как дивергенция хреод в пределах существующих морфогенетических полей допускает непрерывные или количественные изменения формы, изменения в развитии, влекущие за собой подавление хреод или замену одной хреоды на другую, приводят к качественным скачкам. Согласно гипотезе формативной причинности, такие эффекты вызываются мутациями или факторами среды, которые изменяют морфогенетические зародыши (раздел 7.2). Примеры мутантных листьев гороха, в которых усики заменены на листочки, показаны на рис. 18, а мутант дрозофилы с «двойной грудью» — на рис. 17.

Рис. 21. Росток вида Acacia (Gebel, 1898)

Изменения такого типа, вероятно, часто происходили в ходе эволюции. Например, у некоторых видов акации листья были подавлены и их роль играли уплощенные черенки. Этот процесс можно увидеть на ростках, у которых первые образовавшиеся листья являются типично перистыми (рис. 21). У членов семейства кактусов листья были заменены на шипы. Среди насекомых почти в каждом отряде есть виды, у которых крылья подавлены либо у обоих полов, как у некоторых паразитирующих мух, либо только у одного пола, как у самки жука, известной как личинка светляка обыкновенного (glow worm). У муравьев личинки самок развиваются либо в крылатых королев, либо в бескрылых работниц в зависимости от химического состава их пищи.

У некоторых видов подростковые формы становятся половозрелыми и воспроизводятся, не производя когда-либо структур, характерных для взрослых форм, которые, так сказать, замкнуты накоротко. Классическим примером является аксолотль, головастик тигровой саламандры, который достигает полного размера и становится сексуально зрелым, не теряя личиночных признаков. Если аксолотли получают тироидный гормон, они превращаются в дышащую воздухом взрослую форму и выходят из воды на сушу.

Самые яркие примеры подавления хреод встречаются у паразитов, среди которых есть такие, которые утеряли почти все структуры, характерные для родственных свободно живущих форм.

8.5. Повторение хреод

У всех многоклеточных организмов некоторые структуры повторяются несколько или много раз: щупальца гидры или морской звезды, ноги многоножки, перья птиц, листья деревьев и так далее. Кроме того, многие органы построены из повторяющихся структурных единиц: трубочки почек, сегменты фруктов и т. д. И конечно, на микроскопическом уровне ткани содержат тысячи или миллионы копий немногих основных типов клеток.

Рис. 22. Груша-монстр (Masters, 1869)

Если вследствие мутаций или изменений окружающей среды в развивающихся организмах образуются дополнительные морфогенетические зародыши, тогда некоторые структуры могут быть повторены большее число раз, чем обычно. Примером, знакомым садоводам, являются двойные цветки, содержащие добавочные лепестки. Иногда у человека младенцы рождаются с добавочными пальцами на руках или ногах. Много примеров ненормально умноженных структур можно найти в учебниках по тератологии — от телят с двумя головами до уродливых многоплодных груш (рис. 22).

По мере развития этих дополнительных структур регуляция происходит таким образом, что они более или менее полно объединяются с остальной частью организма: например, добавочные лепестки в двойных цветках имеют нормальные сосудистые соединения, а добавочные пальцы на руках или ногах — нормальные кровоснабжение и иннервацию.

То, что такое умножение структурных единиц должно было играть существенную роль в эволюции новых типов животных и растений, очевидно из структурных повторений у существующих организмов. Более того, многие структуры животных и растений, которые сейчас отличаются друг от друга, вполне могли развиться из изначально одинаковых единиц. Считается, например, что насекомые развились из существ, напоминающих примитивных многоножек, имеющих ряд более или менее одинаковых сегментов, каждый из которых несет одну пару ногоподобных придатков. Из этих придатков на передних сегментах могли развиться ротовая часть и щупальца или усики, а из самих сегментов, слившихся воедино, — голова. В хвостовой части некоторые из придатков могли видоизмениться с образованием структур, предназначенных для спаривания и кладки яиц. В сегментах брюшной области придатки были подавлены, но в трех грудных сегментах они сохранились и развились в ноги современного насекомого.

Такая дивергенция изначально сходных хреод могла стать возможной, только если морфогенетические зародыши сегментов стали различаться по своей структуре; в противном случае все они продолжали бы связываться с помощью морфического резонанса с одними и теми же морфогенетическими полями. И даже у современных насекомых, если бы на ранних стадиях их развития не происходило такого расхождения сегментальных зачатков, нормальное различие между сегментами было бы утеряно. Действительно, это именно то, что, по-видимому, происходит у плодовой мушки дрозофилы в результате мутаций в удвоенном грудном генном комплексе: некоторые из них трансформируют структуры третьего грудного сегмента в структуры второго, так что мушка имеет две пары крыльев вместо одной (рис. 17); другие трансформируют брюшные сегменты в сегменты грудного типа, несущие ноги; а есть и такие, которые вызывают противоположный эффект, превращая грудные сегменты в сегменты брюшного типа.

8.6. Влияние других видов

Те, кто практикует разведение животных и растений, давно заметили, что культурные разновидности время от времени дают потомство, напоминающее их диких предков. Более того, когда скрещиваются две определенные культурные разновидности, потомство иногда имеет признаки не кого-либо из родителей, а, скорее, диких предков. Этот феномен называют обращением (реверсией), или атавизмом.

Подобным же образом в эволюции некоторые типы морфологических отклонений можно рассматривать как реверсии путей развития более или менее отдаленных диких видов. Например, ненормальное образование двух пар крыльев в мутантах дрозофилы с «двойной грудью» {рис. 17) интерпретировалось как отбрасывание назад к типу развития, характерному для четырехкрылых предков этих мушек. Множество других примеров предполагаемого атавизма можно найти в литературе по тератологии. Конечно, такие интерпретации могут быть лишь спекулятивными, но они не обязательно далеки от истины. Мутации или ненормальное окружение могли создать в эмбриональных тканях условия, сходные с теми, которые были у диких предков, с теми же морфогенетическими последствиями.

У большинства растений и животных лишь малая часть, быть может менее пяти процентов, хромосомной ДНК содержит гены, кодирующие белки данного организма. Функции огромного большинства молекул ДНК остаются неизвестными. Некоторые могут участвовать в контроле синтеза белка, некоторые — играть структурную роль в хромосомах, а некоторые могут состоять из «лишних» наследованных генов, которые более не проявляются (не экспрессируются). Было высказано предположение, что если мутация — например, из-за перестановки в структуре хромосомы — приводит к экспрессии таких латентных генов, неожиданно снова могут начать синтезироваться белки, характерные для далеких предков, в результате чего в некоторых случаях вновь появляются давно утерянные структуры.

В рамках гипотезы формативной причинности, если какое-либо из таких изменений являлось причиной того, что морфогенетический зародыш принимал структуру и вибрационную картину, сходные с теми, которые были у какого-либо вида этого рода, он подпадает под влияние морфогенетического поля вида, даже если он вымер миллионы лет назад. Более того, этот эффект необязательно ограничен родовыми типами. Если в результате мутации (или по какой-нибудь другой причине) структура зародыша в развивающемся организме стала достаточно близкой к таковой у морфогенетического зародыша любого другого вида, современного или вымершего, он будет «настроен» на хреоду, характерную для этого другого вида. И если клетки способны синтезировать соответствующие белки, тогда система фактически будет развиваться под его влиянием.

В ходе эволюции очень близкие структуры иногда появляются как бы совершенно независимо в линиях, состоящих в более или менее отдаленном родстве. Например, среди средиземноморских сухопутных улиток виды, относящиеся к хорошо различимым родам, определяемым по их гениталиям, имеют раковины почти одинаковой формы и структуры; рода ископаемых аммонитов демонстрируют повторяющееся параллельное развитие раковин с килем и желобками, а подобный или идентичный рисунок крыльев встречается в совершенно разных семействах бабочек.

Если мутация привела к тому, что организм «настроился» на хреоды других видов и, следовательно, в нем развиваются структуры, характерные для других видов, он вскоре будет уничтожен в ходе естественного отбора, если эти структуры уменьшают его шансы на выживание. С другой стороны, если он будет «поощряться» естественным отбором, доля таких организмов в популяции будет увеличиваться. Действительно, давления отбора, которые способствовали увеличению, могут сильно напоминать те, которые способствовали начальной эволюции этого особого признака у других видов. А иногда структурное сходство может поддерживаться даже просто само по себе, именно потому что оно позволяет организму копировать особей других видов. Таким образом, эволюционные параллелизмы могут часто зависеть как от «подбирания» одним видом морфогенетических полей другого, так и от параллельных давлений отбора.

С другой стороны, сходные давления отбора могут приводить также к конвергентной эволюции избыточных подобных структур у различных видов посредством модификации разных морфогенетических полей. Но в таких случаях, если структуры не сильно похожи друг на друга во внутренних деталях и по внешней форме, они вряд ли могут взаимодействовать через морфический резонанс.

8.7. Источник новых форм

Согласно гипотезе формативной причинности, морфический резонанс и генетическая наследственность в совокупности объясняют повторение характерных путей морфогенеза в последовательных поколениях растений и животных. Более того, признаки, приобретенные в ответ на влияния окружающей среды, могут стать наследуемыми в результате сочетания морфического резонанса и генетического отбора. Морфология организмов может изменяться вследствие подавления или повторения хреод; и некоторые поразительные примеры параллельной эволюции можно объяснить «переходом» хреод от одного вида к другому.

Однако ни повторение, модификация, добавление или вычитание, ни перестановка существующих морфогенетических полей не могут объяснить источник самих этих полей. Тем не менее в процессе эволюции должны были появляться совершенно новые морфические единицы вместе со своими морфогенетическими полями: это поля органелл — основных типов клеток, тканей и органов, а также поля фундаментально различающихся типов низших и высших растений и животных.

Хотя генетические мутации и ненормальное окружение вполне могли предоставить случаи для первого появления новых биологических морфических единиц, формы их морфогенетических полей не могли быть полностью определены ни энергетической причинностью, ни ранее существовавшими формативными причинами (раздел 5.1). Можно лишь высказывать догадки о том, появилось ли любое данное морфогенетическое поле внезапно, в виде большого «скачка», или более постепенно, в последовательности меньших «скачков». Но в любом случае новые формы, принимавшиеся в этих «скачках», не могут быть объяснены в рамках научного подхода через предшествующие причины.

Происхождение новых форм можно приписать либо творческой активности силы, наполняющей собой природу и трансцендентной ей; либо творческому импульсу, присущему природе; либо слепому и бесцельному случаю. Но выбор между этими метафизическими возможностями никогда не мог быть сделан на основе какой-либо научной гипотезы, проверяемой опытным путем. Поэтому с точки зрения естественной науки вопрос об эволюционном творчестве можно лишь оставить открытым.

9.1. Введение

В предыдущих главах обсуждалась роль формативной причинности в морфогенезе. В этой и двух последующих главах речь пойдет о роли формативной причинности в управлении движением.

Некоторые движения растений и животных являются самопроизвольными (спонтанными); это означает, что они происходят без какого-либо определенного стимула извне. Другие движения совершаются в ответ на стимул из среды. Конечно, организмы пассивно отвечают на действие грубой физической силы: дерево может быть повалено ветром или животное может унести сильный поток воды, — но многие отклики активны и не могут быть объяснены как результат грубого физического или химического воздействия стимула на организм в целом: они выявляют чувствительность (сенситивность) организма к влияниям среды. Эта чувствительность обычно зависит от специализированных рецепторов или органов чувств.

Физико-химическая основа возбуждения таких специализированных рецепторов стимулом со стороны среды была выяснена весьма подробно; основательно исследованы также физиология нервного импульса, функционирование мускулов и других моторных структур. Но еще очень мало известно об управлении и координации поведения.

В этой главе предполагается, что как формативная причинность организует морфогенез через вероятностные структуры полей, которые определенным образом упорядочивают энергетически неопределенные процессы, так же она организует и движения и, следовательно, поведение. Подобие между морфогенезом и поведением сразу не очевидно, но его легче всего понять на примере растений и одноклеточных животных, таких как амеба, движения которых существенно морфогенетичны. Их мы и рассмотрим в первую очередь.

9.2. Движения растений

Обычно растения движутся путем роста. Этот факт легче осознать, когда видишь их в ускоренной киносъемке: ростки вытягиваются и изгибаются к свету; разветвления корней устремляются вниз, в почву, а верхушки усиков и ползучих стеблей выбрасывают в воздух широкие спирали, пока не соприкоснутся с твердой опорой и не обовьются вокруг нее.

Рост и развитие растений происходят под контролем их морфогенетических полей, которые сообщают растениям их характерные формы. Но ориентация этого роста в значительной степени определяется направленными стимулами силы тяжести и света. Факторы окружения влияют также на тип развития: например, в тусклом свете растения становятся белесыми, их побеги растут сравнительно быстро и становятся длинными и тонкими, пока не достигнут более яркого света.

Гравитация «чувствуется» благодаря ее действию на зерна крахмала, которые скатываются вниз и накапливаются в нижних частях клеток. Направление, откуда приходит свет, обнаруживается путем дифференциального поглощения лучистой энергии на освещенной и теневой сторонах органов желтым пигментом каротеноидом. Чувство «осязания», с помощью которого ползучие стебли и усики находят твердые опоры, может объясняться выделением простого химического вещества, этилена, с поверхности клеток при их механической стимуляции. Изменение роста с ускоренного при недостатке света на нормальный зависит от поглощения света голубым белковым пигментом, называемым фитохромом.

Ответы на эти стимулы включают сложные физико-химические изменения в клетках и тканях, а в некоторых случаях зависят от различий в распределении гормонов, таких как ауксин. Однако эти реакции не могут быть объяснены с помощью одних только физико-химических изменений, но могут быть поняты лишь с привлечением общих морфогенетических полей растений. Например, благодаря присущей им полярности растения производят на одном конце стебли, на другом — корни. Направленный стимул гравитации руководит этим поляризованным развитием так, что стебли растут вверх, а корни вниз. Действие гравитационного поля на зерна крахмала в клетках и соответствующие изменения в распределении гормонов действительно являются причиной этих ориентированных движений роста, но не могут сами по себе объяснить существование полярности; не объясняют они и тот факт, что главные стебли и корни реагируют диаметрально противоположным образом, а также различные особенности роста деревьев, трав, вьющихся и ползучих растений и особенности разветвления стебля и корневой системы различных видов. Все эти признаки зависят от морфогенетических полей.

Несмотря на то что большая часть движений растений происходит только в молодых растущих органах, некоторые структуры сохраняют способность двигаться даже тогда, когда они вполне созрели, например, цветы, которые открываются и закрываются каждый день, и листья, складывающиеся ночью. На эти движения влияют интенсивность света и другие факторы среды; они находятся также под контролем «физиологических часов» и продолжают происходить приблизительно раз в сутки, даже если растения помещаются в неизменяемые условия. Листья или лепестки открываются, потому что специализированные клетки в «шарнирной» (hinge) области у их основания разбухают; и они закрываются, когда эти клетки теряют воду вследствие изменения проницаемости их мембран по отношению к неорганическим ионам. Восстановление тургорного давления является активным процессом, требующим затрат энергии и сравнимым с ростом.

Помимо «сонных» движений листья некоторых растений движутся в течение дня в ответ на изменение положения солнца. Например, у голубиного гороха, Cajanus cajan, листочки, на которые падает солнце, ориентированы приблизительно параллельно солнечным лучам, что минимизирует площадь поверхности, подверженной интенсивному тропическому излучению. Но листья в тени ориентируются под прямыми углами к падающим лучам, тем самым улавливая максимальное количество света. Эти реакции зависят от направления и интенсивности света, падающего на специализированные узлы в листьях (листовые подушечки). В течение дня листья и листочки непрерывно приспосабливают свое положение к движению солнца по небу. Ночью они принимают свое вертикальное «спящее» положение: листовые подушечки чувствительны к гравитации так же, как и к свету.

Рис. 23. Листья чувствительного растения, Mimosa pudica. Слева — не стимулированные; справа — стимулированные

У «чувствительного» растения, Mimosa pudica, листочки закрываются и листья смотрят вниз ночью, как и у многих других бобовых растений. Но эти движения быстро происходят также и в дневное время в ответ на механический стимул {рис. 23). Стимул вызывает распространение вниз по листу волны электрической деполяризации, подобной нервному импульсу; если стимул достаточно сильный, импульс распространяется на другие листья, которые также свертываются. Подобно этому, у растения венерина мухоловка, Dionaea muscipula, механическая стимуляция чувствительных волосков на поверхности листа вызывает движение электрического импульса к разбухшим «шарнирным» клеткам, которые быстро теряют воду; в результате лист захлопывается как ловушка вокруг несчастных насекомых, которые затем перевариваются.

Эти движения листьев и листочков в ответ на действие света, силы тяжести и механическую стимуляцию возможны потому, что специализированные клетки способны терять воду, а затем вырастать снова; следовательно, они сохранили упрощенный морфогенетический потенциал, тогда как у большинства других тканей он теряется, когда они созревают и перестают расти. Обратимые движения этих специализированных структур можно рассматривать как предельные случаи морфогенеза, в которых изменения формы стали стереотипными и повторяющимися. Но их квазимеханистическая простота в эволюционном отношении является вторичной, а не первичной: она возникла из ранее существовавшей предпосылки, в которой чувствительность к стимулам среды связана с ростом и морфогенезом растения в целом.

9.3. Амебоидное движение

Амебы движутся с помощью объемного тока своей цитоплазмы в вырастающие выступы — псевдоподии. В норме они перемещаются по поверхности твердых объектов посредством непрерывного растягивания своих передних концов. Но если до псевдоподий дотронуться или если они соприкасаются с теплом или концентрированными растворами химических веществ, они перестают расти, вместо них вырастают другие, и тогда клетка меняет направление движения. Если новые псевдоподии снова встречают какие-либо потенциально опасные стимулы, они также останавливаются, и амеба уходит от них в другом направлении. Эта система «проб и ошибок» действует до тех пор, пока они не находят путь без препятствий или неблагоприятных стимулов.

Рис. 24. Метод, с помощью которого плавающая амеба переходит на твердую поверхность (согласно данным, приведенным в Jennings, 1906)

У свободно плавающих амеб, не испытывающих действия какого-либо особого направленного стимула, нет соответствующей ориентации роста; псевдоподии продолжают развиваться в разных направлениях, пока одна из них не соприкоснется с поверхностью, вдоль которой она может ползти {рис. 24).

Вытягивание псевдоподий происходит предположительно под влиянием специфического поляризованного морфогенетического поля. Ориентация, в которой начинают формироваться новые псевдоподии, может в большой степени зависеть от случайных флуктуации внутри клетки; виртуальные псевдоподии, выдвинутые из тела клетки, затем актуализируются посредством организации сократительных волокон и других структур в цитоплазме. Этот процесс продолжается до тех пор, пока развитие псевдоподий не подавляется стимулами из окружения или в результате конкуренции с псевдоподиями, растущими в других направлениях.

Возможно, тот факт, что амебоидные движения зависят от непрерывных морфогенетических процессов, засвидетельствован в самом названии Amoeba proteus в виде намека на мифическое морское божество, которое непрерывно изменяло свой вид.

Амебы питаются, поглощая частицы еды, такие как бактерии, путем фагоцитоза: псевдоподии растут вокруг частицы, соприкасающейся с поверхностью клетки; мембраны псевдоподий сливаются, и частица оказывается заключенной внутри клетки и окруженной частью клеточной мембраны. Другие мембранные пузырьки (везикулы), содержащие пищеварительные ферменты, сливаются с фагоцитарной везикулой, и еда переваривается. Этот тип морфогенеза отличается от характерного для передвижения клетки и осуществляется предположительно под действием другого морфогенетического поля, ориентация которого зависит от контакта потенциальной питательной частицы с мембраной клетки. Частица, соприкасающаяся с мембраной, может рассматриваться как морфогенетический зародыш; конечной формой здесь является частица, поглощенная клеткой. Хреода фагоцитоза, приводящая к этой конечной форме, задается морфическим резонансом от всех подобных актов фагоцитоза, происходивших в прошлом у тех же амеб.

9.4. Повторяющийся морфогенез специализированных структур

Движения большинства животных зависят от изменения формы, скорее, неких специализированных структур, нежели тела в целом.

Рис. 25. А — жгутиковое, Euglena gracilis (Raven et al., 1976); В — простейшее, Tetmhymena pyriformis (Mackinnon and Hawes, 1961)

Многие одноклеточные организмы приводятся в движение за счет биения хлыстоподобных выростов, именуемых жгутиками, или ресничками, тогда как форма остальной части клетки остается более или менее неизменной (рис. 25). Эти подвижные органеллы содержат длинные трубчатые элементы, очень похожие на цитоплазматические микротрубочки; изменение формы белков, связанных с трубочками, порождает силу сдвига, под действием которой сгибаются жгутики, или реснички.

У реснисчатых движения многих отдельных ресничек координируется таким образом, что волны биения проходят по поверхности клетки. У некоторых видов эта координация, по-видимому, зависит от механического воздействия ресничек на их соседей; а у других — от системы возбуждения внутри клетки, вероятно связанной с фибриллами, соединяющими основания ресничек.

Если плывущее одноклеточное, например инфузория (Paramecium), встречает неблагоприятный стимул, направление биения ресничек изменяется на противоположное: организм отплывает назад, а затем снова плывет вперед в другом направлении. Эта реакция избегания, возможно, запускается входом в клетку кальция или других ионов в результате изменения проницаемости мембраны, вызванного данным стимулом.

Изменение формы бьющихся жгутиков, или ресничек, а также управление этим биением имеет такой стереотипный, повторяющийся характер, что кажется почти машиноподобным.

Эта квазимеханистическая специализация структуры и функции еще более продвинута у многоклеточных организмов, Целые клетки и группы клеток специализированы и проходят повторяющийся упрощенный морфогенез в своих циклах сокращения и релаксации; другие обладают специфической чувствительностью к свету, химическим веществам, давлению, вибрации или другим стимулам. А нервы, с их невероятно удлиненными аксонами, специализированы для проведения электрических импульсов от одного места к другому, соединяя органы чувств и мускулы с нервной сетью или центральной нервной системой.

9.5. Нервные системы

Так же как биение отдельной реснички на поверхности одноклеточного животного координировано с таковым соседних одноклеточных с помощью определенных физических связей, сокращение индивидуальных клеток мускулов координировано с помощью определяющих импульсов, проходящих по нервам. Когда несколько соседних клеток активируются одним нервом, их можно побудить сократиться одновременно. А если активность нерва является частью системы управления высшего уровня, сокращение различных групп клеток может координироваться ритмично, как это происходит с мускулом, который сохраняет напряжение в течение определенного периода времени. Далее, системы еще более высоких уровней контролируют повторяющиеся циклы сокращения различных мускулов, например в ногах животного, когда оно бежит. Таким образом, иерархически организованная деятельность нервной системы позволяет осуществлять координацию по ступеням, что было бы невозможно, если бы поля, управляющие движениями организмов, действовали непосредственно на клетки мускулов.

Но хотя, с одной стороны, нервы функционируют детерминистским образом, передавая определенные импульсы типа «все или ничего» из одного места в другое, с другой стороны — формативная причинность не могла бы управлять движениями животных через нервную систему, если бы деятельности нервов не был свойствен в то же время вероятностный характер. И это на самом деле так.

Рис. 26. Часть нервной клетки с множеством синапсов на поверхности. На вставке крупным планом показан один синапс. Pre SM — пресинаптическая мембрана;

Post SM — постсинаптическая мембрана (Kristic, 1979)

Возбуждение нервных импульсов зависит от изменений проницаемости мембран нервных клеток для неорганических ионов, в частности натрия и калия. Эти изменения могут быть вызваны либо электрической стимуляцией, либо специфическими химическими посредниками, или медиаторами (например, ацетилхолином), выделяемыми из нервных окончаний в синаптических узлах {рис. 26). Возбуждение нервов электрическим стимулом вблизи порогового уровня, как уже давно известно, носит вероятностный характер. Главная причина этого состоит в том, что электрический потенциал на мембране флуктуирует случайным образом. Более того, изменения потенциалов на постсинаптической мембране, вызванные химическими медиаторами, также претерпевают случайные флуктуации, которые обусловлены, по-видимому, вероятностным открытием и закрытием ионных «каналов» на мембране.

Вероятностный характер свойствен не только откликам постсинаптических мембран на действие химических медиаторов, но также и выходу медиатора из окончаний пресинаптических мембран. Молекулы медиатора хранятся в многочисленных микроскопических пузырьках (рис. 26) и выделяются в синаптическую щель при слиянии этих пузырьков с мембраной. Этот процесс происходит самопроизвольно через случайные интервалы времени, вызывая так называемые миниатюрные потенциалы концевой пластинки. Скорость секреции сильно возрастает, когда на нервное окончание поступает импульс, но и тогда опять-таки слияние везикул с мембраной происходит вероятностным образом.

В мозгу типичная нервная клетка имеет тысячи тонких нитеобразных выростов, которые оканчиваются синаптическими контактами с другими нервными клетками, и, обратно, отростки сотен или тысяч других нервных клеток оканчиваются синапсами на поверхности данной клетки (рис. 26). Некоторые из этих нервных окончаний выделяют возбуждающие вещества (трансмиттеры), которые способствуют «возгоранию» импульса; другие оказывают ингибирующее действие и уменьшают тенденцию нерва к возбуждению. Включение импульсов фактически зависит от баланса между возбуждающими и ингибирующими воздействиями со стороны сотен синапсов. Кажется вероятным, что в любой данный момент времени во многих нервных клетках мозга этот баланс находится на столь критическом уровне, что возбуждение происходит или не происходит в результате вероятностных флуктуации в клеточных мембранах синапсов.

Таким образом, детерминистское распространение нервных импульсов с одного участка тела на другой связано с высокой степенью неопределенности (индетерминизма) в центральной нервной системе, которая, по настоящей гипотезе, упорядочена и организована под действием формативной причинности.

9.6. Морфогенетические поля и моторные поля

Несмотря на то что поля, контролирующие изменения формы специализированных двигательных структур животных, — это фактически морфогенетические поля, они вызывают, скорее, движения, нежели изменения формы. По этой причине кажется более уместным называть их двигательными, или моторными, полями. (Слово «motor» употребляется здесь как прилагательное от существительного «motion» — движение.) Моторные поля, подобно морфогенетическим полям, зависят от морфического резонанса со стороны прошлых подобных систем, и их действие состоит в актуализации виртуальных форм. Канализованные пути к конечной форме или состоянию для моторных полей можно назвать хреодами, так же как и для морфогенетических полей.

Моторные поля, как и морфогенетические поля, имеют иерархическую организацию и, вообще говоря, связаны с развитием, выживанием и воспроизведением. В то время как у растений эти процессы почти полностью морфогенетичны, у животных они зависят также и от движения. Действительно, у большинства животных даже поддержание нормальных функций тела требует постоянного движения внутренних органов, таких как кишечник, сердце и дыхательная система.

В отличие от растений животные должны питаться другими живыми организмами, чтобы поддерживать свои формы. Поэтому важным общим для всех животных моторным полем является поле питания. Оно управляет вспомогательными полями, ответственными за нахождение, добычу и съедание растения или животного, которые служат пищей. Некоторые животные ведут сидячий образ жизни и заставляют еду двигаться к ним, например, с течениями воды; другие просто переходят с места на место, пока не находят растения, которые могут есть; третьи охотятся за другими животными; есть такие, которые делают ловушки, чтобы поймать жертву; некоторые являются паразитами; иные питаются падалью и так далее. Все эти способы питания зависят от иерархий специфических хреод.

Другой основной тип моторных полей связан с избеганием неблагоприятных условий. Amoeba и Рататесшт проявляют реакции наиболее простого типа: уход назад или в сторону от неблагоприятного стимула и движение в каком-либо ином направлении. Животные, ведущие сидячий образ жизни, такие как Stentor или Hydra, реагируют на слабый неблагоприятный стимул сокращением своего тела, но при более сильном стимуле они устремляются прочь и устраиваются где-нибудь в другом месте. В дополнение к общим реакциям избегания многие животные проявляют также особые виды поведения, которые позволяют им спасаться от хищников: например, они могут быстро убегать, или отстаивать свою позицию и как-либо пугать хищника, или застыть таким образом, что становятся менее заметными.

Конечной формой полных полей развития и выживания является взрослое животное, выросшее в оптимальных условиях. Когда бы ни достигалось это состояние, животному не нужно делать для этого что-либо особенное, но отклонения от такого состояния подвергают животное влиянию различных моторных полей, направленных к его восстановлению. В действительности такие отклонения происходят часто: непрерывный метаболизм у животного истощает его запасы пищи; изменения в окружающей среде ставят его в неблагоприятные условия; к нему неожиданно приближаются хищники. Эти и другие изменения обнаруживаются чувствительными структурами и вызывают характерные изменения нервной системы, которые затем становятся структурой зародыша для особого моторного поля.

Конечная форма полного поля воспроизведения есть создание жизнеспособного потомства. У одноклеточных организмов и у простых многоклеточных животных, таких как гидра, эта цель достигается с помощью морфогенетического процесса: организмы делятся надвое или выталкивают новые особи. Подобно этому, примитивные способы полового воспроизведения по существу морфогенетичны: многие низшие животные (например, морские ежи), а также низшие растения (например, морской сорняк Fucus) просто выбрасывают миллионы яйцеклеток и сперму в воду вокруг себя.

У более продвинутых животных сперма выделяется не наугад, но поблизости от яйцеклетки в результате специального брачного поведения. Таким образом полное поле воспроизведения начинает охватывать моторные поля поиска партнера, ухаживания, и спаривания. Организмы могут подпадать под влияние первого моторного поля в этом ряду вследствие внутренних физиологических изменений, сопровождающихся выделением гормонов, а также под действием обонятельных, визуальных или иных стимулов от потенциальных партнеров. Конечная точка первого поля создает зародыш для второго и так далее: за поиском партнера следует ухаживание, которое в случае успеха приводит к начальной точке хреоды спаривания. В простейших случаях конечная форма всей цепочки для мужского партнера есть извержение (семени), для женского — откладывание яиц. У многих водных организмов яйца просто откладываются в воду, но у земных животных откладывание яиц часто включает сложные и высокоспецифичные модели поведения: например, наездники (вид насекомого) откладывают свои яйца в гусеницы определенных видов, в которых развиваются личинки-паразиты, а осы-горшечники делают маленькие горшочки, куда они кладут парализованную жертву, затем откладывают на нее яйца и запечатывают «горшочки».

У некоторых живородящих видов потомство просто выталкивается наружу и оказывается покинутым сразу после рождения. Но когда о детенышах заботятся сразу после рождения или высиживания, начинает работать новая серия моторных полей, все еще находящихся под контролем полного поля воспроизведения родителей, но в то же время обслуживающих и поле развития и выживания детенышей. Следовательно, поведение животных приобретает социальное измерение. В простейших случаях такие сообщества носят временный характер и распадаются, когда потомство становится независимым; в других случаях сообщества сохраняются с соответствующим увеличением сложности поведения. Специальные моторные поля управляют различными видами общения между особями и разными задачами, которые выполняют отдельные индивидуумы.

В чрезвычайно сложных сообществах термитов, муравьев и общественных пчел и ос особи с подобным или идентичным генетическим строением выполняют совершенно различные задачи, а одно и то же насекомое даже может в разное время играть разные роли: например, молодая рабочая пчела может сначала чистить улей, затем, через несколько дней, «нянчить» выводящихся пчел, затем строить соты для меда, затем получать и укладывать пыльцу, затем охранять улей и, наконец, вылетать на поиски пищи. Каждая из этих ролей должна направляться моторным полем высшего уровня, которое контролирует по очереди хреоды низших уровней, определяющие выполнение отдельных специальных задач. Изменения нервной системы насекомых должны ставить их под контроль одного или другого из этих полей высших уровней, способствуя их попаданию в морфический резонанс с предшествовавшими работниками, выполнявшими данную отдельную роль. Такие изменения до некоторой степени зависят от изменений в физиологии насекомого по мере его взросления, но на них сильно влияют также внешние стимулы: роли индивидов изменяются в ответ на повреждения улья или нарушения в пчелином сообществе; вся система регулируется.

Моторные поля высших уровней — питания, избегания, воспроизведения и т. д. — обычно управляют серией полей низших уровней, которые действуют последовательно, так что конечная форма одного обеспечивает зародышевую структуру для следующего. Моторные поля еще более низких уровней в этой иерархии часто действуют циклично, порождая повторяющиеся движения, такие как движения ног при ходьбе, крыльев в полете, челюстей при жевании. Самый низкий уровень занимают поля, во всех деталях контролирующие сокращение клеток в мускулах.

Моторные поля высших уровней охватывают не только органы чувств, нервную систему и мускулы, но также объекты вне животного. Рассмотрим, например, моторные поля питания. Полный процесс — поимка и заглатывание пищи — фактически представляет собой особый тип агрегативного морфогенеза (ср. раздел 4.1). Голодное животное является зародышевой структурой и вступает в морфический резонанс с предыдущими конечными формами этого моторного поля, а именно с полями подобных животных, существовавших в прошлом (включая его самого), в сытом состоянии. Если речь идет о хищнике, достижение этой конечной формы зависит от поимки и заглатывания добычи. Моторное поле поимки распространяется в пространстве вокруг животного и включает в него виртуальную форму добычи (рис. 11). Эта виртуальная форма актуализируется, когда сущность, достаточно близко ей соответствующая, приближается к хищнику: добыча узнается, и активизируется хреода поимки. Теоретически моторное поле может влиять на вероятностные события в любой или во всех системах, которые оно охватывает, включая органы чувств, мускулы и саму жертву. Но в большинстве случаев его влияние, вероятно, ограничено модификацией вероятностных событий в центральной нервной системе, что направляет движения животного к достижению конечной формы, в данном случае к поимке добычи.

9.7. Моторные поля и чувства

Посредством морфического резонанса животное попадает под влияние специфических моторных полей вследствие своей характерной структуры и внутренней организации колебательных процессов. Эти процессы изменяются в результате изменений, происходящих в теле животного, и влияний извне.

Если различные стимулы вызывали одинаковые изменения внутри животного, тогда начинают работать одни и те же моторные поля. По-видимому, это именно то, что происходит в одноклеточных организмах, которые проявляют одну и ту же реакцию избегания в ответ на разнообразные физические и химические стимулы: возможно, все они оказывают одинаковое воздействие на физико-химическое состояние клетки, например изменяя проницаемость клеточной мембраны для кальция или других ионов.

У простых многоклеточных животных с относительно слабой сенсорной специализацией диапазон реакций на стимулы ненамного больше, чем у одноклеточных. Например, гидра демонстрирует одинаковые реакции избегания на множество различных физических и химических стимулов и отвечает на объекты, такие как частицы пищи, только при механическом контакте. Однако, как и у некоторых одноклеточных организмов, ее реакция на твердые объекты изменяется под влиянием химических стимулов. Это можно показать на простом эксперименте: если к щупальцам голодной гидры подаются маленькие кусочки фильтровальной бумаги, реакции не наблюдается; но если они предварительно смочены в мясном соусе, щупальца несут их в рот, и затем они проглатываются.

Напротив, животные, имеющие глаза, которые формируют образы, могут чувствовать объекты, еще находящиеся на некотором расстоянии от них; следовательно, моторные поля здесь распространяются дальше в окружающую среду; диапазон и разнообразие поведения животных значительно возрастают. Подобным же образом чувство слуха позволяет обнаруживать удаленные объекты и поэтому позволяет расширить пространственную протяженность моторных полей даже до тех областей, где объект не может быть виден. У некоторых животных, особенно у летучих мышей, это чувство заменило зрение как основу протяженных моторных полей. А у некоторых видов, живущих в воде, таких как электрические рыбы (виды Mormyrid и Gimnotid), специализированные рецепторы обнаруживают изменения электрического поля вокруг них с помощью импульсов, испускаемых их электрическими органами; это позволяет им определять местонахождение добычи и других объектов в загрязненных тропических реках, где они обитают.

Когда животные движутся, чувственные стимулы, возникающие как внутри их тел, так и под влиянием среды, изменяются в результате их собственных движений. Эта непрерывная обратная связь играет существенную роль в координации движений их моторными полями.

Подобно морфогенетическим полям, моторные поля являются вероятностными структурами, которые с помощью морфического резонанса связываются с физическими системами через их трехмерные колебательные структуры. Поэтому фундаментальное значение имеет тот факт, что все колебательные вводы переводятся в пространственно-временные структуры, в которых осуществляется деятельность нервной системы. В чувстве осязания стимулы действуют на определенные участки тела, которые отмечены («картарованы») в мозгу в результате действия особых нервных путей; в зрении образы, попадающие на сетчатку, вызывают распределенные в пространстве изменения в оптических нервах и зрительной коре; и хотя обонятельные, вкусовые и слуховые стимулы не носят непосредственно пространственный характер, нервы, которые они возбуждают через соответствующие органы чувств, находятся в определенных местах и импульсы, проходящие по этим нервам в центральную нервную систему, создают характерные объемные распределения возбуждения.

Таким образом, отдельные стимулы и их комбинации производят характерные пространственно-временные эффекты. Эти динамические картины активности приводят нервную систему в морфический резонанс с подобными прошлыми нервными системами в аналогичных состояниях, и, следовательно, она попадает под влияние особых моторных полей.

9.8. Регуляция и регенерация

Подобно морфогенетическим полям, моторные поля направляют системы, находящиеся под их влиянием, к характерным конечным формам. Обычно они достигают этого, стимулируя серию движений в определенной последовательности. Промежуточные стадии стабилизируются с помощью морфического резонанса, другими словами, они являются хреодами. Но хреоды представляют собой просто наиболее вероятные пути к конечным формам. Если нормальный путь заблокирован или если система отклонилась от него по какой-либо причине, та же самая конечная форма может быть достигнута другим путем: система регулируется (раздел 4.1). Многие, но не все морфогенетические системы способны к регуляции; таковы и двигательные системы.

Регуляция происходит под действием моторных полей на всех иерархических уровнях: например, если несколько мускулов или нервов в ноге у собаки повреждены, организация сокращений в других мускулах регулируется таким образом, что конечность функционирует нормально. Если нога ампутирована, движения оставшихся ног изменяются так, что собака все же может ходить, хотя и хромает. Если повреждены части коры ее головного мозга, через некоторое время он восстанавливается более или менее полно. Если ее ослепить, ее способность двигаться постепенно улучшается, по мере того как она начинает более полагаться на оставшиеся чувства. А если прегражден обычный путь к дому, ее еде или щенкам, она изменяет привычную последовательность движений, пока не находит новый путь для достижения цели.

Поведенческий эквивалент регенерации встречается тогда, когда конечная форма хреоды была актуализирована, но затем разрушена: представьте, например, кота, который поймал мышь, что является конечной точкой хреоды поимки добычи. Если мышь ускользает из его когтей, то движения кота направлены на то, чтобы снова ее поймать.

Из всех примеров поведенческой регенерации ее соответствие регенерации морфогенетической лучше всего обнаруживается в морфогенетическом поведении, связанном с созданием характерных структур. В некоторых случаях животные улучшают эти структуры после их повреждения. Например, было сделано наблюдение, что осы-горшечники иногда заполняют отверстия, сделанные экспериментатором в стенках их горшочков, с помощью действий, которые они никогда не совершают при нормальном построении горшочков. А термиты чинят повреждения в своих галереях и гнездах кооперативными и координированными усилиями множества отдельных насекомых.

Эти и подобные действия иногда интерпретировались как свидетельства существования разума на том основании, что животные, действующие строго фиксированным образом, задаваемым инстинктом, не были бы способны столь гибко реагировать на необычные ситуации. Но, следуя этой логике, можно было бы сказать, что регулирующиеся эмбрионы морских ежей и регенерирующие плоские черви также проявляют признаки разума. Однако такое расширение физиологической терминологии, скорее, внесло бы путаницу, нежели оказалось полезным. С точки зрения гипотезы формативной причинности такие подобия признаются, но интерпретируются иначе. Способность животных достигать поведенческих целей необычными путями, рассматриваемая с позиций морфогенетической регуляции и регенерации, не дает оснований вводить новые фундаментальные принципы. А когда у высших животных некоторые типы поведения более не следуют стандартным хреодам — когда поведенческая регуляция становится, так сказать, скорее, правилом, чем исключением, — эту подвижность можно рассматривать как расширение возможностей, заложенных в самой природе морфогенетических и моторных полей.

10.1. Влияние прошлых действий

Подобно морфогенетическим полям, моторные поля задаются морфическим резонансом от прошлых подобных систем. Детали строения животного и организация колебательной активности его нервной системы обычно подобны таковым у него самого более, нежели у какого-либо другого животного. Таким образом, наиболее специфическим морфическим резонансом, действующим на данное животное, будет резонанс от его собственной формы в прошлом (ср. раздел 6.5). Следующий наиболее специфический резонанс будет от генетически подобных животных, которые жили в тех же условиях, и наименее специфический — от животных других пород, живущих в других условиях. В «долинной» модели хреоды {рис. 5] последний стабилизирует общую форму, тогда как более специфический резонанс определяет детали топологии дна этой долины.

Рис. 27. Схематическое изображение глубоко канализированной хреоды (А) и хреоды, слабо канализированной на начальных стадиях (В)

«Контуры» долины хреод зависят от степени подобия между поведением родственных животных той же породы или вида. Если их модели движения варьируются слабо, морфический резонанс порождает глубокие и узкие хреоды, представленные долинами с крутыми краями {рис. 27 А). Такие хреоды оказывают сильное канализирующее действие на поведение последующих индивидуумов, которые по этой причине будут стремиться вести себя весьма сходным образом. Стереотипные модели поведения, обусловленные такими хреодами, на низших уровнях проявляются как рефлексы, а на высших уровнях — как инстинкты.

С другой стороны, если подобные друг другу животные достигают конечных форм своих моторных полей различными способами движения, хреоды не будут столь четко определены {рис. 27 В); поэтому здесь диапазон индивидуальных различий в поведении больше. Но после того как отдельное животное достигло цели своего поведения собственным путем, его последующее поведение будет канализироваться по тому же пути вследствие морфического резонанса с его же собственными прошлыми состояниями; и чем чаще такие действия повторяются, тем сильнее становится эта канализация. Такие характерные индивидуальные хреоды проявляют себя как привычки.

Таким образом, с точки зрения гипотезы формативной причинности между инстинктами и привычками разница лишь в степени: и те и другие зависят от морфического резонанса, первые — с бесчисленными предшествовавшими индивидуумами того же вида, а вторые — преимущественно с прошлыми состояниями того же индивидуума.

Этим мы не хотим сказать, что рефлексы и инстинкты не зависят от весьма специфически организованного морфогенеза нервной системы. Очевидно, что такая зависимость существует. Мы не хотим также сказать, что в процессах обучения не происходят физические или химические изменения в нервной системе, которые облегчают повторение данного вида движения. Возможно, в простой нервной системе, осуществляющей стереотипные функции, потенциал для таких изменений может быть уже «встроен» в систему «проводов» таким образом, что обучение происходит квазимеханически. Например, было обнаружено, что у улитки Aplysia строение нервной системы почти одинаково у разных особей, вплоть до мельчайших деталей расположения возбуждающих и ингибирующих синапсов на отдельных клетках. Очень простые виды обучения встречаются в связи с рефлекторным втягиванием жабер во впадину под покровной пластинкой, а именно привыкание к безвредным и приобретение чувствительности к опасным стимулам; при этих процессах функционирование отдельных возбуждающих и ингибирующих синапсов, действующих на индивидуальные клетки, определенным образом изменяется. Конечно, простое описание этих процессов само по себе не выявляет причин таких изменений; в настоящее время можно лишь строить предположения на этот счет. Одно из них состоит в том, что эти модификации химического происхождения и связаны, вероятно, с изменениями в фосфорилировании белков. Но как возникла эта тонкая специализация структуры и функций нервов и синапсов? Проблема переносится в область морфогенеза.

Нервные системы высших животных значительно больше варьируются от индивидуума к индивидууму, чем у беспозвоночных типа Aplysia, и они гораздо сложнее. Очень мало известно о том, каким образом сохраняются заученные способы поведения, но накоплено уже достаточно сведений, чтобы утверждать, что здесь не может быть простого объяснения на уровне специфически локализованных физических и химических «следов» в нервной ткани.

Многочисленные исследования показали, что у млекопитающих привычки, образовавшиеся при обучении, часто сохраняются после значительного повреждения коры и участков подкорки головного мозга. Более того, когда происходит потеря памяти, она не является тесно связанной с местонахождением таких повреждений, но зависит, скорее, от общего количества поврежденной ткани. К. С. Лэшли суммировал результаты сотен экспериментов следующим образом:

«Невозможно продемонстрировать изолированный участок как след памяти где-либо в нервной системе. Ограниченные области могут быть существенными для обучения или сохранения определенной активности, но в таких областях их части в функциональном отношении эквивалентны».

Подобный же феномен был продемонстрирован на беспозвоночном — осьминоге: наблюдения сохранения приобретенных привычек после разрушения различных частей вертикальной доли мозга привели к кажущемуся парадоксальным выводу, что «память находится везде одновременно и нигде в частности».

С механистической точки зрения эти результаты сильно озадачивают. В попытках найти им объяснение было высказано предположение, что «следы» памяти каким-то образом распределены в мозгу способом, аналогичным тому, который используется при сохранении информации в виде интерференционных картин в голограмме. Но это пока не более чем неопределенное соображение.

Гипотеза формативной причинности дает альтернативное объяснение, в котором сохранение приобретенных привычек, несмотря на повреждение мозга, выглядит гораздо менее загадочно: привычки зависят от моторных полей, которые вообще не сохраняются в мозгу, но приходят непосредственно от его прошлого состояния путем морфического резонанса.

Некоторые приложения гипотезы формативной причинности применительно к проблемам инстинкта и обучения рассматриваются в следующих разделах, а в главе 11 предлагаются способы, с помощью которых можно экспериментально отличить предсказания, вытекающие из этой гипотезы, от предсказаний механистической теории.

10.2. Инстинкт

У всех животных некие модели двигательной активности являются, скорее, врожденными, нежели приобретенными в результате обучения. Наиболее фундаментальный характер имеют движения внутренних органов, таких как сердце и кишечник, но многие из способов движения конечностей, крыльев и других двигательных структур также являются врожденными. Это наиболее очевидно, когда животные оказываются способными совершать правильные, полезные для них движения почти сразу же после того, как они родились или вылупились из яйца.

Не всегда легко провести различие между врожденным и «обученным» поведением. Вообще говоря, характерное поведение, которое вырабатывается у молодых животных, воспитанных в изоляции, обычно может рассматриваться как врожденное; с другой стороны, поведение, которое появляется только при контакте с другими особями того же вида, также может быть врожденным, но требуются стимулы от других животных, чтобы оно проявилось.

Исследования инстинктивного поведения многих видов животных привели к нескольким общим выводам, которые составляют классические принципы этологии. Их можно суммировать следующим образом:

(1) Инстинкты организованы в виде иерархии систем или центров, наложенных друг на друга. Каждый уровень активируется главным образом системой вышележащего уровня. Самый высокий центр каждого из основных инстинктов может испытывать влияние многих факторов, таких как гормоны, чувственные стимулы изнутри животного и стимулы из окружаю щей среды.

(2) Поведение, которое происходит под влиянием основных инстинктов, часто состоит из цепей более или менее стереотипных моделей поведения, называемых фиксированными моделями действия. Когда такая фиксированная модель создает конечную точку главной или малой цепи инстинктивного поведения, ее называют завершающим актом (consummately act). Поведение в ранней части инстинктивной цепи поведения, напри мер поиски пищи, может быть более гибким и называется обычно поведением инстинктивной потребности (appetitive behavior).

(3) Для активации, или «освобождения» (release), каждой системе требуется специфический стимул. Этот стимул, или «освободитель» (релизер), может при ходить изнутри тела животного или из окружающей среды. В последнем случае его часто называют знаковым стимулом. Предполагается, что данный релизер, или знаковый стимул, воздействует на специфический нейросенсорный механизм, называемый врожденным релизорным механизмом, который дает выход реакции.

Эти положения очень хорошо согласуются с идеей моторных полей, развивавшейся в предыдущей главе. Фиксированные модели действий находят объяснение на языке хреод, а врожденные освобождающие механизмы можно представить как структуры зародышей соответствующих моторных полей.

10.3. Знаковые стимулы

Инстинктивные отклики животных на знаковые стимулы показывают, что они как-то выделяют специфические и повторяющиеся особенности в своем окружении.

«Животное «слепо» отвечает только на одну часть окружающей его ситуации и пренебрегает другими ее частями, хотя его органы чувств прекрасно могут их воспринимать…Эти эффективные стимулы можно легко обнаружить, проверяя реакцию на разные ситуации, отличающиеся одним или другим из возможных стимулов. Более того, когда орган чувств участвует в «освобождении» реакции, лишь часть стимулов, которые он может получить, действительно являются эффективными. Как правило, инстинктивная реакция отвечает лишь на очень немногие стимулы, а большая часть окружения оказывает незначительное или не оказывает никакого влияния, даже если животное имеет чувствительные структуры для получения многочисленных деталей» (Н. Тимберген).

Эти принципы иллюстрируются следующими примерами. Агрессивная реакция самца рыбы колюшки в отношении других самцов в сезон размножения высвобождается главным образом знаковым стимулом красного брюшка: модели очень грубой формы, но с красными брюшками атакуются гораздо чаще, чем модели правильной формы, но без красной окраски.

Подобные же результаты были получены в экспериментах на красногрудой малиновке: охраняющий территорию самец ведет себя угрожающе по отношению к весьма приблизительным моделям с красными грудками или даже просто к пучку красных перьев, но гораздо слабее реагирует на точные модели птиц без красных грудок.

Молодые утки и гуси инстинктивно реагируют на приближение хищных птиц, причем эта реакция зависит от формы птицы в полете. Опыты с моделями из картона показали, что наиболее важным признаком является короткая шея, характерная для ястребов и других хищных птиц, тогда как размер и форма крыльев и хвоста имеют сравнительно мало значения.

У некоторых мотыльков сексуальный запах, или феромон, который обычно производят самки, заставляет самцов делать попытки к спариванию с любым объектом, обладающим таким запахом.

У саранчи вида Ephippiger ephippiger самцы привлекают самок, желающих спариваться, своей песней. Самки привлекаются к поющим самцам со значительного расстояния, но молчащих самцов они игнорируют, даже если те находятся поблизости. Самцы, которых заставляют молчать, склеивая их крылышки, неспособны привлекать самок.

Курицы приходят на помощь цыплятам в ответ на их крик о бедствии, но не тогда, когда они просто видят цыплят в беде, например за звуконепроницаемым стеклянным барьером.

Согласно гипотезе формативной причинности, распознавание этих знаковых стимулов должно зависеть от морфического резонанса от прошлых подобных животных, подвергнутых тем же стимулам. Благодаря процессу автоматического усреднения этот резонанс будет усиливать только общие черты пространственно-временных моделей активности, вызываемых этими стимулами в нервной системе. Результат состоит в том, что из окружения выделяются лишь некоторые специфические стимулы, тогда как другие игнорируются. Рассмотрим, например, стимулы, действующие на кур, чьи цыплята попали в беду. Вообразим набор фотографий цыплят в беде во многих различных случаях. Фотографии, сделанные ночью, не отобразят ничего; снятые в дневное время покажут цыплят разных размеров и форм, видимых спереди, сзади, сбоку или сверху; более того, они могут быть вблизи других объектов всех форм и размеров или даже спрятаны за ними. Далее, если негативы всех этих фотографий наложить друг на друга, чтобы получить составное изображение, в нем не будут усилены какие-либо черты, результатом будет просто расплывшееся пятно. Теперь вообразите, наоборот, магнитофонные записи, сделанные одновременно с фотографиями. На всех будут крики о бедствии, и если эти звуки накладываются друг на друга, они усиливают друг друга, давая в результате автоматически усредненный крик о бедствии. Это наложение фотографий и магнитофонных записей аналогично эффектам морфического резонанса от нервных систем предыдущих кур с последующей курицей, испытывающей стимул в виде крика цыпленка в беде: зрительные стимулы не возбуждают специфического резонанса и не вызывают инстинктивной реакции, каким бы несчастным ни выглядел цыпленок для наблюдающего человека, в то время как на слуховые стимулы реакция есть.

Этот пример иллюстрирует то, что является, по-видимому, общим принципом: формы очень часто неэффективны в качестве знакового стимула. Возможная причина в том, что они сильно варьируются, поскольку зависят от угла, под которым рассматривается объект. Напротив, цвета гораздо менее зависимы от точки зрения, а звуки и запахи вряд ли вообще зависят от нее.

Существенно, что цвета, звуки и запахи играют важную роль как «освободители» инстинктивных реакций; а в тех случаях, когда оказывается эффективной форма, имеется некоторое постоянство точки наблюдения. Например, птенцы на земле видят хищников, летающих над ними, как силуэты и действительно реагируют на такие формы. А когда формы, или модели, поведения служат сексуальными знаковыми стимулами, они делают это в сценах ухаживания, или в «представлениях», в которых животные принимают различные позы относительно своих потенциальных партнеров. То же справедливо для демонстрации покорности или агрессивных намерений.

10.4. Обучение

Можно сказать, что происходит обучение, когда имеется какое-либо относительно постоянное адаптивное изменение в поведении в результате прошлого опыта. Здесь можно выделить четыре общие категории:

(1) Наиболее универсальным типом, который обнаруживается даже у одноклеточных организмов, является привыкание, которое можно определить как ослабление реакции в результате повторения стимула, не сопровождающегося каким-либо подкреплением его значимости. Известный пример такого рода — исчезновение реакций тревоги или избегания на новые стимулы, которые оказываются безвредными: животные к ним привыкают.

Этот феномен предполагает существование своего рода памяти, позволяющей узнавать стимулы, когда они повторяются. По гипотезе формативной причинности это узнавание обусловлено главным образом морфическим резонансом организма с его собственными прошлыми состояниями, включая те, которые были вызваны новыми сенсорными стимулами. Этот резонанс служит для поддержания и фактически для определения идентичности организма с самим собой в прошлом (раздел 6.5). Повторяющиеся стимулы от окружения, отклики на которые не подкрепляются, станут действующей частью собственного «фона» организма. Наоборот, любые новые особенности окружения будут выделяться, поскольку они не распознаются как «свои»: обычно реакцией животного будет тревога или избегание именно потому, что стимулы ему незнакомы.

В случае некоторых стереотипных ответов, — таких как рефлекс отдергивания рожек у улитки Aplysia, привыкание может происходить квазимеханистическим образом на основе предсуществующих структурной и биохимической специализаций в нервной системе (раздел 10.1). Но если так, эта специализация является вторичной и возникает, вероятно, в результате ситуации, в которой привыкание более непосредственно зависит от морфического резонанса.

(2) У всех животных врожденные модели двигательной активности выявляются по мере того, как индивид взрослеет. В то время как одни прекрасно действуют в первый же раз, когда они выполняются, другие совершенствуются со временем. Например, первые попытки птенца взлететь или детеныша млекопитающего — ходить могут быть успешными лишь отчасти, но они улучшаются после повторных усилий. Не все такие улучшения обусловлены практикой: в некоторых случаях это просто результат созревания и происходит в такой же степени с течением времени у животных, которые были иммобилизованы. Тем не менее многие виды двигательных приемов улучшаются таким способом, который нельзя приписать созреванию.

С точки зрения гипотезы формативной причинности этот тип обучения можно интерпретировать как регуляцию поведения. Морфический резонанс от бесчисленных прошлых особей данного вида автоматически дает усредненную хреоду, которая руководит первыми попытками животного осуществить определенную врожденную модель движения. Эта стандартная хреода может дать лишь приблизительно удовлетворительные результаты, например из-за отклонений от нормы органов чувств у животного, или его нервной системы, или двигательных структур. По мере того как движения совершаются, регуляция самопроизвольно вызывает к жизни «тонкие подстройки» к общей хреоде, а также к хреодам низшего уровня, которые она контролирует. Эти «подстроенные» хреоды будут стабилизироваться путем морфического резонанса с прошлыми состояниями самого животного, по мере того как будет повторяться эта модель поведения.

(3) Животные могут начать отвечать на какой-либо стимул реакцией, которая в норме вызывается другим стимулом. Такой тип обучения имеет место тогда, когда новый стимул действует одновременно или сразу же после начального стимула. Классическими примерами являются условные рефлексы, установленные И. П. Павловым на собаках. Например, у собак выделяется слюна, когда им предлагают пищу. В повторяющихся экспериментах, когда предлагалась пища, звонил колокольчик, и через некоторое время при звуке колокольчика у них начинала выделяться слюна даже в отсутствие пищи.

Крайняя степень выражения обучения этого типа встречается в запечатлении (импринтинге) у птенцов, особенно у утят и гусят. Вскоре после вылупления из яиц они инстинктивно реагируют на любой достаточно большой движущийся объект, следуя за ним. В нормальных условиях это их мать, но они будут следовать также за приемными матерями, людьми или даже неодушевленными предметами, которые перед ними двигают. Через сравнительно короткое время они научаются распознавать общие черты движущегося объекта, а позднее и его особые черты. Тогда отклик в виде следования вызывается только определенной птицей, человеком или объектом, который был у них запечатлен.

Аналогичным образом животные часто научаются узнавать индивидуальные особенности своих партнеров или детенышей по виду, запаху или прикосновению. Для развития такого узнавания требуется время: например, пара птиц лысух с только что вылупившимися птенцами будет кормить и даже «усыновлять» чужих птенцов, внешне похожих на их собственных, но когда их детенышам исполняется две недели, родители узнают их по индивидуальным особенностям и уже далее не терпят никаких пришельцев, как бы они ни были похожи на их птенцов.

Подобный же процесс, вероятно, является причиной узнавания определенных мест, таких как гнездовья, с помощью меток и других связанных с ними особенностей. По-видимому, такой тип обучения играет важную роль в развитии зрительного распознавания вообще. Поскольку стимулы от объекта различаются в зависимости от угла, под которым он наблюдается, животное должно понять, что все они связаны с одной и той же вещью. Подобно этому, ассоциации между различными видами чувственных стимулов от одного и того же объекта — зрительных, слуховых, обонятельных, вкусовых и тактильных — обычно должны быть установлены в процессе обучения.

Когда новый и первоначальный стимулы действуют одновременно, на первый взгляд может показаться вероятным, что различные наборы физико-химических изменений, вызываемых этими стимулами в мозгу, постепенно становятся взаимосвязанными вследствие частого повторения. Но такая, кажущаяся простой интерпретация сталкивается с двумя трудностями.

Во-первых, новый стимул может иметь место не одновременно с обычным, но предшествовать ему. В этом случае кажется необходимым предположить, что влияние стимула некоторое время сохраняется, так что оно еще присутствует, когда обычный стимул начинает действовать. О таком виде памяти можно думать по аналогии с эхом, которое постепенно затихает вдали. Существование такой краткосрочной памяти было продемонстрировано на опыте; предположительно ее можно было объяснить действием резонансных (ревербераторных) цепей электрической активности мозга.

Во-вторых, обучение включает, по-видимому, определенные разрывы, оно происходит по ступеням или стадиям. Это может объясняться тем, что связь между новым и начальным стимулами включает установление нового моторного поля: поле, ответственное за начальный отклик, должно быть каким-то образом увеличено, чтобы оно могло вместить новый стимул. В сущности, происходит синтез, в котором возникает новая моторная единица. А она не может появиться постепенно, но лишь в результате внезапного «квантового скачка» (или нескольких последовательных «скачков»).

(4) Наряду с обучением ответу на определенный стимул после его получения животные также могут научиться вести себя так, что они достигают цели в результате своих действий. На языке школы бихевиоризма в этой «обусловленности действием» (operant conditioning) ответ, «выдаваемый» животным, предшествует подкрепляющему стимулу. Классические примеры такого рода дают крысы в ящиках Скиннера. В этих ящиках имеется рычаг, который, если на него нажать, выдает съедобный шарик. После ряда попыток крыса уже может связывать нажатие рычага с наградой. Подобным же образом крысы научаются нажимать рычаг, чтобы избежать болезненной стимуляции электрошоком.

Ассоциация определенной модели движения с наградой или с избеганием наказания наступает обычно в результате проб и ошибок. Но у приматов, особенно у шимпанзе, было обнаружено существование разума в общем более высокого порядка. В некоторых хорошо известных экспериментах, проведенных более пяти— десяти лет назад, У. Кёлер выяснил, что эти приматы способны решать проблемы с помощью своей «проницательности». Например, несколько шимпанзе помещали в высокую камеру с гладкими стенками, на которые нельзя было влезть, с потолка свисала гроздь спелых бананов, причем они были слишком высоко, чтобы их можно было достать. После нескольких попыток добыть этот фрукт, вставая на задние ноги и подпрыгивая, они отказывались от такого способа. Через некоторое время какая-либо из обезьян бросала взгляд вначале на один из множества деревянных ящиков, которые были положены в камеру в начале эксперимента, а потом на бананы. Затем эта обезьяна подтаскивала ящик под бананы и вставала на него. Это не позволяло подняться достаточно высоко, и тогда она приносила другой ящик, ставила его на первый, но и этого было недостаточно, тогда она добавляла третий, вскарабкивалась на него и срывала бананы.

Многие другие примеры такой сообразительности были продемонстрированы впоследствии другими экспериментаторами: например, в одном эксперименте шимпанзе научились использовать палки, чтобы подгребать к себе еду, помещенную за пределами клеток и вне их досягаемости. Они делали это быстрее, если им разрешалось играть с палками за несколько дней до эксперимента — в течение этого времени они учились использовать палки в качестве функциональных «удлинителей» своих рук. Так, применение палок для приближения к себе еды представляло «интеграцию двигательных компонент, приобретенных во время предшествующего опыта, в новые подходящие модели поведения».

При обучении как типа «проб и ошибок», так и с помощью «улавливания отношений» (инсайта) существующие хреоды объединяются в одно целое (интегрируются) с новыми моторными полями высшего уровня. Такие синтезы могут происходить только путем внезапных «скачков». Если новые модели поведения оказываются успешными, они приобретают тенденцию к повторению. Следовательно, новые моторные поля будут стабилизированы морфическим резонансом, когда поведение, усвоенное в результате обучения, станет привычным.

10.5. Врожденное стремление учиться

Оригинальность обучения может быть абсолютной: новое моторное поле может возникнуть не только первый раз в истории индивида, но и вообще впервые. С другой стороны, животное способно научиться чему-то такому, что другие особи этого вида уже выучили в прошлом. В этом случае появление соответствующего моторного поля вполне может облегчаться действием морфического резонанса от предшествовавших подобных животных. Если моторное поле все более прочно утверждается в результате повторения у многих индивидов, обучение, вероятно, будет становиться все более легким: образуется сильная врожденная склонность к усвоению именно такой модели поведения.

Таким образом, «обученное» поведение, которое очень часто повторяется, стремится сделаться полуинстинктивным. В результате обратного процесса инстинктивное поведение может стать полуобученным. Этот последний тип, промежуточный между инстинктивным и обученным поведением, особенно ярко иллюстрируется песнями птиц. У некоторых видов, таких как лесной голубь и кукушка, мелодия песни является почти полностью врожденной и поэтому мало различается у разных птиц данного вида. Но у других, например у зяблика, хотя песня имеет общую структуру, характерную для вида, в деталях она отличается от птицы к птице; эти различия могут улавливаться другими птицами и играть важную роль в их семейной и общественной жизни. Пение птиц, выращенных в изоляции, представляет собой упрощенную и довольно невыразительную версию песни их вида; это говорит о том, что ее общая структура является врожденной. Однако при нормальных условиях они разрабатывают и совершенствуют свое пение, имитируя других птиц того же вида. Этот процесс идет гораздо дальше, например, у пересмешника, который заимствует элементы из песен птиц других видов. А некоторые птицы, особенно попугай и майна, в искусственных условиях неволи часто заходят так далеко, что имитируют людей — своих приемных родителей. У видов птиц, песни которых являются почти полностью врожденными, недостаток индивидуальных вариаций является одновременно причиной и следствием хорошо определенных и высокостабильных моторных хреод (ср. рис. 27 А): чем более повторяется одна и та же схема движения, тем выраженнее станет ее тенденция повторяться в будущем. Но у видов с индивидуальными различиями песни морфический резонанс будет давать менее четко определенные хреоды (ср. рис. 27 В): общая структура хреоды будет задаваться процессом автоматического усреднения, но детали будут зависеть от индивидуума. Структура движений, которые совершает птица, когда она впервые начинает петь, будет влиять на ее пение в дальнейшем благодаря специфичности морфического резонанса от ее собственных прошлых состоянии; по мере повторения характерная структура песни станет привычной, когда ее индивидуальная хреода углубляется и стабилизируется.

11.1. Наследование поведения

Согласно гипотезе формативной причинности, наследование поведения зависит от генетической наследственности, а также от морфогенетических полей, которые контролируют развитие нервной системы и всего животного в целом, а также от моторных полей, создаваемых морфическим резонансом от предыдущих подобных животных. В отличие от этого в общепринятой теории считается, что врожденное поведение «программируется» в ДНК.

Экспериментов по наследованию поведения проводилось сравнительно немного, главным образом потому, что их трудно интерпретировать количественно. Тем не менее были сделаны различные попытки такого рода: например, в экспериментах на крысах и мышах поведение «измерялось» скоростью их бега в «колесе», частотой и длительностью их половой активности, интенсивностью дефекации, определяемой как число фекальных шариков, оставляемых на данной площади в единицу времени, способностью к обучению в лабиринте и восприимчивостью к аудиогенным инсультам, вызываемым очень сильными шумами. Наследуемый компонент этих реакций демонстрировался выведением потомства от животных с большим или малым количеством полученных очков: потомство обнаруживало тенденцию к получению очков, близких к тем, которые были у родителей. Проблема с исследованиями такого рода состоит в том, что они дают очень мало сведений о наследовании моделей поведения; более того, результаты трудно интерпретировать, поскольку на них может влиять множество различных факторов. Например, меньшая скорость вращения колеса или пониженная частота спаривания может быть следствием общего снижения тонуса в результате наследуемой метаболической недостаточности.

В некоторых случаях причины генетических изменений поведения исследовались довольно подробно. У маленького круглого червя (нематоды) Caenorhabditis у некоторых мутантов, которые извиваются ненормально, имеются структурные изменения в нервной системе. У дрозофил различные поведенческие мутации, устраняющие нормальный отклик на свет, влияют на фоторецепторы или периферические зрительные нейроны. Известно, что у мышей многие мутации влияют на морфогенез нервной системы, что приводит к дефектам целых участков мозга. У человеческих существ различные врожденные аномалии нервной системы связаны с аномалиями в поведении, например при синдроме Дауна, разновидности монголизма. На поведение могут влиять также наследственные физиологические и биохимические дефекты: например, у человека состояние фенилкетонурии, связанное с умственной неполноценностью, обусловлено недостатком фермента фенилаланингидроксилазы.

Тот факт, что на врожденное поведение влияют генетически обусловленные изменения в структуре и функциях органов чувств, нервной системы и т. д., конечно, не доказывает, что наследование поведения можно объяснить воздействием одних лишь генетических факторов; он показывает только, что для нормального поведения необходимо нормальное тело. Подумайте снова об аналогии с радио: изменения в приемнике влияют на его работу, но это не доказывает, что музыка, которая исходит из громкоговорителя, рождается внутри самого приемника.

В сфере поведения биохимические, физиологические и анатомические изменения могут предотвратить появление зародышевых структур, и, следовательно, целые моторные поля могут быть не в состоянии действовать, или они могут оказывать разные количественные воздействия на движения, контролируемые этими полями. И действительно, исследования в области наследования фиксированных моделей действия показывают, что «нетрудно найти вариации, которые незначительно влияют на выполнение этого действия, но такая модель все же проявляется во вполне узнаваемой форме, если она проявляется вообще».

Наследование моторных полей, возможно, зависит от факторов, которые уже обсуждались в связи с наследованием морфогенетических полей (глава 7). Вообще говоря, у гибридов между двумя породами или видами преобладание моторных полей одного над моторными полями другого, вероятно, зависит от относительной силы морфического резонанса со стороны родительских типов (ср. рис. 19). Если один принадлежит к хорошо установившимся породе или виду, а другой — к относительно новым, с малочисленной предшествующей популяцией, можно ожидать, что моторные поля первого будут доминировать. Но если родительские породы или виды утвердились одинаково хорошо, гибриды будут подпадать под влияние их обоих в одинаковой степени.

И это то, что происходит на самом деле. В некоторых случаях результаты принимают весьма причудливую форму, поскольку модели поведения родительских типов несовместимы друг с другом. Один из примеров дают гибриды, которые получаются при скрещивании двух видов неразлучников (небольших попугаев). Оба родительских вида строят свои гнезда из полосок, которые они вырывают из листьев одинаковым способом; но если один (неразлучник Фишера) несет потом эти полоски к гнезду в клюве, другой (неразлучник персиковоликий) переносит их, засовывая между своими перьями. Гибриды выдергивают полоски из листьев нормально, но затем ведут себя весьма странным образом, иногда засовывая полоски между перьев, иногда перенося их в клюве; но, даже когда они переносят их в клюве, они топорщат перья внизу спины и пытаются спрятать туда свои полоски.

11.2. Морфический резонанс и поведение: экспериментальная проверка

В механистической биологии проводится резкое различие между врожденным и обученным поведением: предполагается, что первое «генетически запрограммировано», или «закодировано», в ДНК, тогда как последнее рассматривается как результат физико-химических изменений в нервной системе. Невозможно представить, каким способом эти изменения могут специфически модифицировать ДНК (такое требование выдвигали бы последователи ламаркизма); поэтому считается невозможным, чтобы обученное поведение, приобретенное животным, могло наследоваться его потомством (конечно, исключая «культурное наследование», при котором потомство воспринимает модели поведения от своих родителей).

В противоположность этому, согласно гипотезе формативной причинности, нет качественного различия между врожденным и обученным поведением, поскольку оба зависят от моторных полей, даваемых морфическим резонансом (раздел 10.1). Поэтому эта гипотеза допускает возможную передачу обученного поведения от одного животного к другому и приводит к проверяемым предсказаниям, которые отличаются не только от таковых ортодоксальной теории наследования, но также и от предсказаний ламаркизма.

Рассмотрим следующий эксперимент. Дикие животные помещаются в условия, где они учатся реагировать на данный стимул неким характерным образом. Затем их заставляют повторять эту модель поведения много раз. Согласно гипотезе, новое моторное поле будет усилено морфическим резонансом, который не только приведет к тому, что поведение обученных животных станет все более привычным, но и повлияет так же, хотя и менее специфично, на других животных, подвергаемых тому же стимулу: чем больше будет число животных, научившихся выполнять данное задание в прошлом, тем легче его будет выучить последующим подобным же животным. Поэтому в экспериментах такого типа должна быть возможность наблюдать прогрессивное увеличение скорости обучения не только у животных, происходящих от обученных предков, но также у генетически подобных животных, происходящих от необученных предков. Это предсказание отличается от такового ламаркистской теории, согласно которой только потомки обученных животных должны обучаться быстрее. А по общепринятой теории не должно наблюдаться увеличение скорости обучения потомков как необученных, так и обученных животных.

Сказанное можно суммировать следующим образом: повышенная скорость обучения в последовательных поколениях как тренированных, так и нетренированных линий подтверждала бы гипотезу формативной причинности: увеличение скорости только в тренированных линиях — ламаркизм, а отсутствие такого увеличения в обоих линиях — ортодоксальную теорию.

Эксперименты этого типа фактически уже проводились. Результаты подтверждают гипотезу формативной причинности.

Оригинальный эксперимент был начат в Гарварде в 1920 году У. Мак-Дугаллом, который надеялся провести тщательную проверку возможности наследования приобретенных особенностей поведения, предполагаемых ламаркизмом. Экспериментальными животными были белые крысы уистарской (Wistar) линии, которые — бережно выращивались в лабораторных условиях в течение многих поколений. Их задача состояла в том, чтобы научиться выбираться из специально сконструированного бака с водой, доплывая до одного из двух проходов, из которого можно было выйти наружу. Ложный проход был ярко освещен, тогда как истинный проход не освещался. Если крыса выходила через освещенный проход, она получала удар электрошоком. Два прохода освещались по очереди, один раз — первый, следующий раз — второй. За меру скорости обучения принималось число ошибок, которые допускала крыса, прежде чем она усваивала, что выходить надо через неосвещенный проход:

«Некоторым крысам требовалось целых 330 погружений, причем приблизительно половина из них сопровождалась электрошоком, прежде чем они научались избегать освещенный проход. Во всех случаях процесс обучения внезапно достигал критической точки. В течение длительного времени животное выказывало явное отвращение к освещенному проходу, часто колебалось, прежде чем войти в него, поворачивало назад или отчаянно бросалось внутрь; но, не уловив постоянной связи между ярким светом и шоком, оно продолжало устремляться в этот проход столь же часто, как и в другой. Наконец в обучении наступал момент, когда животные, оказавшись перед освещенным проходом, определенно и решительно поворачивали обратно, искали другой, смутно видимый проход и спокойно вылезали наружу. После достижения этой точки в обучении ни одно животное не делало ошибку, снова выбирая яркий проход, разве что в очень редких случаях».

Рис. 28. Среднее число ошибок у последовательных поколений крыс, отобранных в каждом поколении по медленности обучения (данные из McDougall, 1938)

В каждом поколении крысы, от которых должно было быть выведено следующее поколение, отбирались случайным образом до того, как определялась скорость их обучения, тогда как спаривание происходило после их тестирования. Такая процедура была выбрана для того, чтобы избежать любой возможности сознательного или неосознанного отбора в пользу более быстро обучающихся крыс.

Этот эксперимент продолжался на протяжении 32 поколений крыс в течение 15 лет. В согласии с теорией Ламарка в последовательных поколениях крыс наблюдалась заметная тенденция к увеличению скорости обучения. Об этом свидетельствовало среднее число ошибок, которые делали крысы: в первых восьми поколениях оно превышало 56, а во второй, третьей и четвертой группах из восьми поколений — соответственно, 41, 29 и 20. Разница была очевидной не только в количественных данных, но также в фактическом поведении крыс, которые в последующих поколениях становились более осторожными и опытными.

Мак-Дугалл предвидел критику того рода, что, несмотря на случайный отбор родителей в каждом поколении, все же мог вкрасться какой-то отбор в пользу более быстро обучающихся крыс. Чтобы проверить такую возможность, он начал новый эксперимент с другой группой крыс, в которой родители действительно отбирались на основе очков, полученных ими в процессе обучения. В одной серии выбирались только быстро, в другой — только медленно обучающиеся крысы. Как и ожидалось, потомство быстро обучающихся крыс обучалось сравнительно быстро, а потомство медленно обучающихся — сравнительно медленно. Однако даже в последней серии обучение у последних поколений заметно улучшалось, несмотря на повторяющийся отбор в пользу медленно обучающихся крыс {рис. 28).

Эти эксперименты проводились весьма тщательно, и критики не могли отвергнуть результаты по причине технических изъянов. Но они привлекли внимание к недостаткам в постановке экспериментов: Мак-Дугаллу не удалось осуществить систематическую проверку изменения скорости обучения крыс, родители которых не проходили обучения.

Один из этих критиков, Ф. А. Е. Крю из Эдинбурга, повторил эксперименты Мак-Дугалла с крысами, происходившими от той же инбридинговой линии, используя бак подобной же конструкции. Он включил также параллельную линию «нетренированных» крыс, отдельные из которых тестировались в каждом поколении на скорость обучения, тогда как другие, которые не тестировались, рождали потомство. Через 18 поколений в таком эксперименте Крю не обнаружил систематического изменения в скорости обучения ни в тренированной, ни в нетренированной линиях. Вначале казалось, что это порождает серьезные сомнения в результатах Мак-Дугалла. Однако эти две группы результатов нельзя было непосредственно сравнивать в силу трех обстоятельств. Во-первых, по какой-то причине крысы гораздо легче обучались в опытах Крю, чем в более ранних поколениях Мак-Дугалла. Этот эффект был столь сильно выражен, что значительное число крыс как в тренированных, так и в нетренированных линиях «решали» задачу немедленно, не получая ни единого шока! Средние значения очков у крыс в опытах Крю с самого начала были примерно такими же, как у крыс Мак-Дугалла через более чем 30 поколений тренировки. Ни Крю, ни Мак-Дугалл не могли дать удовлетворительного объяснению этому несоответствию. Но, как указывал Мак-Дугалл, поскольку цель исследования состояла в том, чтобы выявить любые воздействия тренировки на последующие поколения, эксперимент, в котором некоторые крысы не тренировались вообще, а многие другие — очень мало, нельзя было рассматривать как способный продемонстрировать такое воздействие. Во-вторых, в результатах Крю обнаруживались большие и кажущиеся случайными флуктуации от поколения к поколению, гораздо большие, чем флуктуации в результатах Мак-Дугалла, и эти большие флуктуации вполне могли скрыть любую тенденцию к улучшению очков в более поздних поколениях. В-третьих, Крю выбрал путь очень жесткого инбридинга (скрещивания очень близких родственников), скрещивая в каждом поколении братьев с сестрами. Он не ожидал, что это даст неблагоприятный эффект, поскольку крысы происходили от одной главней инбридинговой семьи, с которой все начиналось:

«Даже история моей главной семьи выглядит как эксперимент по инбридингу. Имеются широкая основа семейных линий и узкий кончик двух оставшихся линий. Скорость воспроизведения падает, и угасает одна линия за другой».

Даже в выживающих линиях многие животные рождались со столь серьезными аномалиями, что их приходилось отбрасывать. Вредные последствия такого жесткого инбридинга вполне могли маскировать любую тенденцию к увеличению скорости обучения. В целом эти дефекты эксперимента Крю означают, что его результаты можно рассматривать только как предварительные, и сам он фактически признавал, что вопрос остается открытым.

К счастью, эта история здесь не кончается. Эксперимент был снова проведен У. Е. Эгером и его коллегами в Мельбурне с использованием методов без тех недостатков, которые были у Крю. На протяжении 20 лет они измеряли скорости обучения тренированных и нетренированных линий в 50 последовательных поколениях. В согласии с данными Мак-Дугалла они обнаружили, что у крыс тренированной линии существует явная тенденция к более быстрому обучению в последующих поколениях. Но точно такая же тенденция была обнаружена и в нетренированной линии.

Можно удивляться, почему же Мак-Дугалл не наблюдал подобный эффект на своих нетренированных линиях? Ответ состоит в том, что он его наблюдал.

Несмотря на то что он тестировал контрольных крыс, происходивших от исходной главной семьи лишь изредка, он заметил «неприятный факт, что группы контрольных крыс, произведенных от этой семьи в 1926, 1927, 1930 и 1932 годах, демонстрировали уменьшение среднего числа ошибок с 1927-го по 1932 год». Он думал, что этот результат мог быть случайным, но добавил следующее:

«Возможно, что выпадение по среднему числу ошибок периода с 1927-го по 1932 год выражает реальное изменение конституции всей семьи, ее улучшение (относительно этой определенной способности), природу которого я не могу предположить».

С публикацией окончательного отчета группы Эгера в 1954 году закончилась затянувшаяся полемика по поводу «ламаркистского эксперимента Мак-Дугалла». Одинаковое улучшение результатов как в тренированной, так и в нетренированной линиях исключало интерпретацию в духе ламаркизма. Вывод Мак-Дугалла был отвергнут, и это, казалось, исчерпывало вопрос. С другой стороны, его результаты получили подтверждение.

Эти результаты казались совершенно необъяснимыми; они были бессмысленными с точки зрения какой-либо из действующих концепций и никогда не были доведены до конца. Но они вполне осмысленны в свете гипотезы формативной причинности. Конечно, сами по себе они не могут доказать справедливость этой гипотезы; всегда можно предложить другие объяснения, например то, что последовательные поколения крыс становились все более разумными по неизвестной причине, не связанной с их тренировкой.

В будущих экспериментах наиболее прямым способом проверки действия морфического резонанса, вероятно, будет такой, в котором большое число крыс (или любых других животных) обучается новой задаче в одном месте, а затем такие же крысы учатся выполнять ту же задачу в другом месте, за сотни миль от первого, и будет выясняться, есть ли увеличение в скорости обучения у этих последних. Начальная скорость обучения в обеих группах должна быть более или менее одинакова. Тогда, согласно гипотезе формативной причинности, скорость обучения должна прогрессивно возрастать в том месте, где тренируется большое число животных; и такое же увеличение скорости должно обнаруживаться также в другом месте, даже несмотря на то что здесь число испытуемых крыс очень мало. Очевидно, следует принять меры предосторожности, чтобы избежать любых возможных сознательных или неосознанных предубеждений со стороны экспериментаторов. Один из способов может состоять в том, чтобы во втором месте тестировать скорости обучения крыс, давая им несколько разных задач с правильным интервалом, например раз в месяц. Затем в первом месте выбирается наугад из этого набора определенная задача, которой обучаются тысячи крыс. Более того, время начала обучения также будет выбрано наугад, например четыре месяца спустя после начала выполнения набора задач во втором месте. Экспериментаторы во втором месте не будут знать ни того, какая задача была выбрана, ни того, когда началось обучение ей в первом месте. Если при этих условиях во втором месте будет обнаружено заметное увеличение в скорости обучения данной задаче после того, как обучение началось в первом месте, этот результат будет весомым подтверждением справедливости гипотезы формативной причинности.

Эффект такого типа вполне мог иметь место, когда группы Крю и Эгера повторяли эксперимент Мак-Дугалла. В обоих случаях их крысы с самого начала обучались своей задаче значительно быстрее, чем это делали крысы Мак-Дугалла, когда он впервые начал свой эксперимент.

Если предложенный выше эксперимент действительно был бы осуществлен и дал бы положительные результаты, он не мог бы быть полностью воспроизводим по самой своей природе, ибо при попытках его повторить на крыс должен будет действовать морфический резонанс от крыс в первоначальном эксперименте. Чтобы продемонстрировать тот же эффект снова и снова, было бы необходимо изменить либо задачу, либо вид, тестируемый в каждом эксперименте.

11.3. Эволюция поведения

Хотя палеонтология дает прямые сведения о структуре животных, живших в прошлом, она практически ничего не сообщает об их поведении. Вследствие этого большинство представлений об эволюции поведения может основываться не на свидетельствах, пришедших из прошлого, но лишь на сравнениях между видами, существующими в настоящем. Так, например, теории эволюции общественного поведения пчел могут строиться путем сравнения ныне существующих общественных видов с обособленными и колониальными видами, предположительно более примитивными. Но сколь бы разумными ни казались эти теории, они всегда будут не более чем спекулятивными. Более того, теории эволюции поведения зависят от предположений относительно способа наследования поведения, поскольку на сегодняшний день об этом фактически известно очень немного.

Механистическая, или неодарвинистская, теория предполагает, что врожденное поведение «программируется», или «кодируется», в ДНК и что новые типы поведения обусловлены случайными мутациями. Затем естественный отбор благоприятствует полезным мутантам — так развиваются инстинкты. Предполагается, что случайные мутации дают животным также способности к определенным видам обучения. Тогда животные, у которых выживаемость и воспроизводство себе подобных выигрывают от этих способностей, переживают в результате естественного отбора. Таким образом развиваются способности к обучению. Даже то, что обученное поведение имеет тенденцию становиться врожденным, можно приписать случайным мутациям, основываясь на гипотетическом эффекте Болдуина: животные могут реагировать на новые ситуации, обучаясь соответствующим способам поведения; случайные мутации, которые вызвали к жизни эти типы поведения без необходимости обучения, будут закрепляться естественным отбором; таким образом, поведение, которое вначале было приобретенным, может стать врожденным не из-за наследования приобретенных признаков, а потому что случайно произошли соответствующие мутации.

Кажется, практически не существует предела тому, что может быть объяснено с помощью благоприятных случайных мутаций, которые изменяют «генетическое программирование» поведения. Затем эти неодарвинистские теории могут быть разработаны в математической форме посредством вычислений, основанных на формулах теоретической популяционной генетики. Но поскольку эти спекуляции невозможно проверить, они не имеют независимой научной ценности; они лишь развивают механистические допущения, из которых проистекли.

Гипотеза формативной причинности приводит к совершенно отличным интерпретациям эволюции поведения. Можно ожидать, что естественный отбор приводит к изменениям «генных пулов» популяций до той степени, в какой генетические изменения влияют на поведение. Но сами специфические модели поведения зависят от наследования моторных полей путем морфического резонанса. Чем больше повторяется данная модель поведения, тем сильнее становится этот резонанс. Таким образом, повторение инстинктивного поведения будет все более и более закреплять инстинкты. С другой стороны, если тип поведения варьируется от индивидуума к индивидууму, морфический резонанс не даст четко оформленных хреод; следовательно, поведение будет менее стереотипным. И чем больше разнообразия в поведении, тем больше будет диапазон вариаций в будущих поколениях. Этот тип эволюции в направлении, допускающем появление разума, до некоторой степени осуществился у птиц, еще более у млекопитающих и более всего у человека.

В некоторых случаях полуобученное поведение должно было развиться из основы, в которой оно было полностью инстинктивным. Одним из путей такой эволюции могла быть гибридизация пород с различными хреодами, вызывающая появление составных (композитных) моторных полей с большим диапазоном индивидуальных вариаций.

В других случаях полуинстинктивное поведение могло эволюционировать из поведения, которое изначально было обученным, в результате частых повторений. Рассмотрим, например, поведение различных пород собак. Овчарки в течение многих поколений обучались и отбирались по способности загонять овец, охотничьи собаки — по способности находить и подавать дичь, пойнтеры — делать стойку, гончие на лис — преследовать лис и так далее. Собаки часто проявляют врожденное стремление к поведению, характерному для их породы, даже раньше, чем их начинают обучать. Возможно, такие тенденции не столь сильны, чтобы их можно было назвать инстинктами, но они достаточно сильны, чтобы показать, что между инстинктом и наследственной предрасположенностью к обучению определенным типам поведения существует различие лишь в степени. Конечно, породы собак развивались в условиях, скорее, искусственного, чем естественного отбора, но кажется вероятным, что в обоих случаях действуют одинаковые принципы.

Хотя относительно легко представить, как некоторые типы инстинктивного поведения могли развиться путем повторения обученного поведения в одном поколении за другим, это не может легко объяснить эволюцию всех типов инстинкта, особенно у животных с очень ограниченной способностью к обучению. Быть может, некоторые новые инстинкты появились из новых изменений и сочетаний инстинктов, существовавших ранее; одним из возможных путей здесь могла быть гибридизация пород или видов с различными моделями поведения. Другой путь появления новых комбинаций — включение в старые модели «сдвиговых видов деятельности» (displacement activities), то есть кажущихся неадекватными действий животных, «раздираемых» противоречащими друг другу инстинктами. Таким путем вполне могли возникнуть некоторые виды ритуалов ухаживания. Можно представить также, что мутации или необычные условия среды могут сделать животное способным «настраиваться» на моторные хреоды других видов (ср. раздел 8.6).

Но в дополнение к рекомбинации существующих хреод должен быть также способ, посредством которого совершенно новые моторные поля возникают у животных, поведение которых почти полностью инстинктивно. Новые модели поведения могут появляться только в том случае, если привычное повторение наследственного поведения было заблокировано в результате либо изменения окружения, либо мутации, изменившей нормальную физиологию или морфогенез животного. В большинстве таких случаев животное будет действовать некоординированно и неэффективно, но иногда при этом может возникать и новое моторное поле. И когда бы новое поле ни появилось впервые, должен произойти «скачок», который не может быть полностью объяснен действием предшествовавших энергетических или формативных причин (разделы 5.1, 8.7).

Если модель поведения, обусловленная новым моторным полем, нарушает способность животных к выживанию и воспроизведению, она не станет повторяться очень часто, ибо животные, которые повторяют такое поведение, будут устранены (элиминированы) действием естественного отбора. Но если эта модель поведения помогает животным выживать и воспроизводиться, она будет повторяться часто и поэтому будет все более усиливаться морфическим резонансом. Таким образом, моторному полю будет благоприятствовать естественный отбор.

11.4. Поведение человека

Высшие животные часто ведут себя более гибко, чем низшие животные. Однако эта гибкость ограничена ранними стадиями поведенческого ряда, и особенно начальной фазой, обусловленной потребностью в пище; более поздние стадии, и в частности акт осуществления, протекают стереотипным образом как фиксированные модели поведения (раздел 10.1).

В «ландшафтной» модели главное моторное поле может быть представлено широкой долиной, которая затем сужается, края ее становятся все более крутыми и, наконец, она заканчивается глубоким каньоном {рис. 27 В). Широкая долина соответствует фазе питания, на которой можно использовать множество альтернативных путей; затем эти пути сливаются, так как они «втягиваются в воронку» по направлению к сильно канализованной хреоде конечного акта.

В человеческом поведении круг возможностей, используемых для достижения поведенческих целей, гораздо шире, чем у любого другого вида, но и здесь, по-видимому, применимы те же принципы: под воздействием моторных полей высших уровней модели поведения «втягиваются в воронку», ведущую к стереотипным актам осуществления, которые обычно являются врожденными. Например, люди получают пищу всевозможными способами: либо непосредственно — охотясь, ловя рыбу, пася скот или возделывая поле, либо косвенно — выполняя различные работы. Затем еду готовят множеством различных способов и переносят в рот также по-разному, например рукой, палочками для еды или ложкой. Но способы жевания еды различаются весьма незначительно, а завершающий акт всего моторного поля питания, глотание, одинаков у всех людей. Подобно этому, в поведении, управляемым моторным полем репродукции, методы ухаживания и системы вступления в брак широко варьируются, но завершающий акт совокупления, к которому они ведут, более или менее стереотипен. У мужчин конечная фиксированная модель поведения, извержение семени (эякуляция), протекает автоматически и фактически является врожденной.

Таким образом, большое разнообразие моделей поведения человека обычно направлено к ограниченному числу целей, задаваемых моторными полями, унаследованными от предшествовавших членов вида путем морфического резонанса; в общем случае эти цели связаны с развитием, сохранением или воспроизведением индивидуума или социальной группы. Даже игра и исследовательская деятельность, не направленные непосредственно к этим целям, часто помогают достичь их позднее, как они делают это у других видов. Поскольку ни игра, ни «обобщенное исследовательское питательное поведение» в отсутствие немедленной награды не ограничены только человеком: например, крысы исследуют свое окружение и объекты в нем, даже когда они сыты.

Однако не вся человеческая деятельность подчинена моторным полям, которые канализируют ее в направлении биологических или социальных целей; некоторые виды деятельности явно направлены к трансцендентным целям. Этот тип поведения в наиболее чистом виде представлен жизнью святых. Но ясно, что преобладающая часть поведения большинства человеческих существ не имеет такой трансцендентной направленности.

Несмотря на то что диапазон различий человеческого поведения очень широк, когда рассматривается вид в целом, в любом данном обществе деятельность индивидуумов лежит в пределах ограниченного числа стандартных моделей. Люди обычно повторяют характерным образом структурированные виды деятельности, которые уже выполнялись снова и снова многими поколениями их предшественников. Эти виды включают: знание определенного языка; двигательные навыки, связанные с охотой, сельским хозяйством, ткачеством, изготовлением инструментов, приготовлением пищи и так далее; пение и танцы; а также типы поведения, специфичные для определенных социальных ролей.

Все модели деятельности, характерные для данной культуры, можно рассматривать как хреоды. Чем чаще они повторяются, тем более они будут стабилизированы. Но из-за приводящего в замешательство изобилия таких специфичных для культуры наборов хреод, каждая из которых потенциально способна канализировать движения любого человеческого существа, сам по себе морфический резонанс не может ввести индивидуума скорее в один набор хреод, чем в другой. Так что ни одна из этих моделей поведения не проявляется спонтанно: все их нужно узнать. Индивидуум побуждается (инициируется) другими членами общества к принятию определенных моделей поведения. Затем, когда процесс обучения начинается, обычно путем подражания осуществление определенной модели движения приводит человека в состояние морфического резонанса со всеми, кто следовал этой модели в прошлом. Следовательно, обучение облегчается, когда индивидуум «настраивается» на специфические хреоды.

Процессы инициации и в самом деле традиционно понимаются примерно в таких же терминах, какие упомянуты выше. Предполагается, что человек входит в состояния или способы существования, которые предшествуют ему и представляют своего рода трансперсональную реальность.

Облегчение обучения посредством морфического резонанса было бы трудно продемонстрировать в случае давно установившихся моделей поведения, но изменение в скорости обучения должно обнаруживаться легче при двигательных моделях недавнего происхождения. Так, например, в настоящем столетии должно было становиться все легче и легче обучаться езде на велосипеде, вождению автомобиля, игре на фортепиано или работе на пишущей машинке, благодаря кумулятивному морфическому резонансу от большого числа людей, которые уже приобрели эти навыки. Однако, даже если бы надежные количественные данные показали, что скорости обучения действительно возросли, интерпретировать эти данные было бы сложно вследствие возможного влияния других факторов, наподобие усовершенствования конструкции машины, улучшения методов обучения и более высоких побуждений к обучению. Но при специально поставленных экспериментах, в которых приняты меры к тому, чтобы эти факторы сохранялись постоянными, было бы вполне возможно получить убедительные свидетельства существования предсказываемого эффекта.

Гипотеза формативной причинности применима ко всем аспектам поведения человека, в которых повторяются определенные модели движения. Но она не может объяснить происхождение этих моделей. Здесь, как и в других случаях, проблема творческой деятельности (creativity) лежит вне пределов естественной науки, и ответ может быть дан лишь с позиций метафизики (ср. разделы 5.1, 8.7 и 11.3).

12.1. Гипотеза формативной причинности

Представление гипотезы формативной причинности в предыдущих главах этой книги может рассматриваться лишь как предварительный набросок: гипотезу можно разработать гораздо более детально как в сфере биологии, так и в области физики. Но до тех пар, пока некоторые из ее предсказаний не будут проверены, побудительный мотив к такой проверке будет, вероятно, весьма слабым: только если получены убедительные положительные результаты, гипотеза может казаться заслуживающей того, чтобы ею заниматься, по крайней мере в ее настоящем виде. Примеры возможных экспериментальных тестов были даны в разделах 5.6, 7.4, 7.6, 11.2 и 11.4; можно придумать и другие.

Гипотеза формативной причинности есть проверяемая гипотеза об объективно наблюдаемых закономерностях, существующих в природе. Она не может дать никаких ответов на вопросы, поставленные появлением новых форм и новых моделей поведения или фактом субъективного опыта. На такие вопросы могут ответить лишь теории реальности, идущие далее, нежели теории естественной науки, иными словами — метафизические теории.

В настоящее время научные и метафизические вопросы часто смешиваются друг с другом из-за тесной связи между механистической теорией жизни и метафизической теорией материализма. Последнюю можно было бы отстоять, если бы механистическая теория в биологии была заменена на гипотезу формативной причинности или вообще на какую-либо другую гипотезу. Но тогда она потеряла бы свое привилегированное положение; она должна была бы вступить в свободное соревнование с другими метафизическими теориями.

Чтобы проиллюстрировать важное различие между сферами науки и метафизики, в следующих разделах мы кратко излагаем четыре метафизические теории. Все они в равной степени совместимы с гипотезой формативной причинности, и с точки зрения естественной науки выбор между ними может быть оставлен только полностью открытым.

12.2. Модифицированный материализм

Материализм начинает с допущения, что реальна только материя; отсюда все, что существует, есть либо материя, либо нечто, полностью зависимое от нее. Однако понятие «материя» не имеет фиксированного, строго определенного смысла; в свете представлений современной физики оно уже было распространено на физические поля, и материальные частицы стали рассматриваться как формы энергии. Соответственно должна была быть модифицирована философия материализма.

Морфогенетические поля и моторные поля связаны с материальными системами; они также могут рассматриваться как аспекты материи (раздел 3.4). Таким образом, материализм может быть модифицирован далее, чтобы включить гипотезу формативной причинности.

В нижеследующем обсуждении эта новая форма материалистической философии будет называться модифицированным материализмом.

Материализм a priori отрицает существование какого-либо нематериального причинного фактора; физический мир считается причинно замкнутым. Следовательно, здесь не может быть такого понятия как нематериальное «я», которое действует на тело, как это кажется возможным с субъективной точки зрения. Скорее, сознательный опыт либо в некотором смысле тождествен материальным состояниям сознания, либо он просто протекает параллельно этим состояниям, не влияя на них. Но, в то время как в традиционном материализме считается, что состояния мозга определяются комбинацией энергетической причинности и случайных событий, в модифицированном материализме они определялись бы, в дополнение к этому, еще и формативной причинностью. Действительно, возможно, что сознательный опыт лучше всего представить как аспект или эпифеномен моторных полей, действующих в мозгу.

Согласно гипотезе, субъективный опыт свободной воли не может соответствовать причинному влиянию нематериального «я» на тело. Однако можно допустить, что некоторые из случайных событий в мозгу могут субъективно переживаться как свободные выборы; но эта кажущаяся свобода была бы не чем иным, как аспектом эпифеномена случайной активации, скорее, одного моторного поля, нежели другого.

Если весь сознательный опыт просто сопровождает моторные поля, действующие на мозг, или существует параллельно с ними, то сознательная память, подобно памяти моторных (двигательных) привычек (ср. раздел 10.1), должна зависеть от морфического резонанса со стороны прошлых состояний мозга. Ни сознательная, ни бессознательная память не может сохраняться в мозгу.

В контексте традиционного материализма свидетельства о парапсихологических феноменах могут только отрицаться, игнорироваться или оправдываться (известными причинами), коль скоро они кажутся необъяснимыми в рамках концепции энергетической причинности. Но модифицированный материализм вполне допускает более позитивную позицию. Ибо нельзя считать невозможным, что некоторые из якобы существующих феноменов могут оказаться совместимыми с гипотезой формативной причинности: в частности, можно предложить объяснение телепатии, используя представление о морфическом резонанс, а психокинеза — через модификацию вероятностных событий в объектах, находящихся под воздействием моторных полей.

Происхождение новых форм, новых типов поведения и новых идей не может быть объяснено с помощью предсуществующих энергетических или формативных причин (разделы 5.1, 8.7, 11.3, 11.4). Более того, материализм отрицает существование каких-либо нематериальных творческих сил, которые могут их породить. Следовательно, они не имеют причины. Поэтому их происхождение должно быть приписано случаю, и эволюция может рассматриваться лишь как взаимодействие случая и физической необходимости.

В целом можно заключить, что, согласно этой модифицированной философии материализма, Вселенная состоит из материи и энергии, которые происходят либо из вечного, либо из неизвестного источника, организованы в виде огромного разнообразия неорганических и органических форм, которые все возникли по воле случая, управляемого законами, которые невозможно объяснить. Опыт сознания является либо аспектом, либо протекает параллельно с воздействием моторных полей на мозг. Вся человеческая творческая деятельность, так же как и эволюционное творчество, должна быть в конечном счете приписана случаю. Человеческие существа принимают ту или иную веру или убеждения (включая веру в материализм) и осуществляют свои действия в результате случайных событий и физической необходимости в их мозге. Человеческая жизнь не имеет цели, помимо удовлетворения биологических и социальных потребностей; ни эволюция жизни, ни эволюция Вселенной в целом не имеют какой-либо цели или направления.

12.3. Сознательное «я»

В противоположность философии материализма можно допустить, что сознательное «я» имеет реальность, которая не является лишь производной от материи. Можно, скорее, принять, нежели отвергнуть, что сознательное «я» одного человека обладает способностью делать свободный выбор. Тогда по аналогии можно допустить, что и все другие люди являются сознательными существами, обладающих такой же способностью.

Этот взгляд с позиции «здравого смысла» приводит к выводу, что сознательное «я» и тело взаимодействуют между собой. Но тогда как же происходит это взаимодействие?

В механистической теории жизни сознательное «я» должно рассматриваться как своего рода «дух в машине». Для материалистов такое представление кажется абсурдным по своей природе. И даже защитники позиции интеракционизма оказались неспособны определить, как происходит это взаимодействие, высказывая лишь неопределенное предположение, что оно каким-то образом зависит от модификации квантовых событий в мозгу.

Гипотеза формативной причинности позволяет увидеть эту давно существующую проблему в новом свете. Сознательное «я» может рассматриваться как взаимодействующее не с машиной, но с моторными полями. Эти моторные поля связаны с телом и зависят от его физико-химических состояний. Но это «я» не тождественно моторным полям, и его переживания не являются просто параллельными тем изменениям, которые вызываются в мозгу энергетической и формативной причинностью. Оно «входит» в моторные поля, но остается вверху и над ними.

Через эти поля сознательное «я» тесно связано с внешним окружением и с состояниями тела при восприятии и сознательно контролируемой деятельности. Но субъективный опыт, который не связан непосредственно с настоящим окружением (тела) или с сиюминутным действием — например, во сне, в мечтах или в бессвязных размышлениях, — необязательно должен иметь какое-либо особо близкое отношение к энергетическим и формативным причинам, действующим на мозг.

На первый взгляд такой вывод может показаться противоречащим фактам, свидетельствующим о том, что состояния сознания часто связаны с характерными видами физиологической деятельности. Например, сны могут сопровождаться быстрыми движениями глаз и электрическими ритмами определенных частот в мозгу. Но такие свидетельства не доказывают, что определенные детали сновидений происходят параллельно с этими физиологическими изменениями: последние могут быть просто неспецифическими следствиями вхождения сознания в состояние сна.

Этот момент легче понять с помощью аналогии. Рассмотрим взаимодействие между автомобилем и водителем. При некоторых условиях, когда автомобиль управляется водителем, движения автомобиля тесно связаны с движениями водителя и зависят от его восприятия дороги впереди, дорожных знаков, положения стрелок на шкалах приборов, указывающих на внутреннее состояние машины, и так далее. Но при других условиях эта связь является гораздо менее тесной: например, когда автомобиль стоит с работающим мотором, а водитель разглядывает карту. Хотя и существует общая связь между состоянием автомобиля и тем, что делает водитель — он не может читать, когда ведет машину, — здесь не будет специфической связи между вибрациями мотора и содержанием карты, которую он изучает. Подобным же образом ритмическая электрическая активность мозга не обязательно должна иметь специфическую связь с образами, переживаемыми в снах.

Если сознательное «я» имеет свойства, которые несводимы к свойствам материи, энергии, морфогенетических и моторных полей, нет причин, почему сознательная память — например, память об определенных событиях в прошлом — должна или материально сохраняться в мозгу, или зависеть от морфического резонанса. Такая память вполне может быть дана непосредственно от прошлых сознательных состояний через время и пространство, просто на основе подобия с настоящими состояниями. Этот процесс напоминает морфический резонанс, но отличается от него тем, что он зависит не от физических состояний, но от состояний сознания. Таким образом, здесь было бы два типа долговременной памяти: моторная (двигательная), или обычная, память, даваемая морфическим резонансом, и сознательная память, даваемая непосредственным доступом сознательного «я» к его собственным прошлым состояниям.

Коль скоро допускается, что сознательное «я» имеет свойства, не похожие на свойства любой чисто физической системы, кажется возможным, что некоторые из этих свойств могут быть способны объяснить парапсихологические феномены, которые необъяснимы в рамках энергетической или формативной причинности.

Но если «я» имеет свои особые свойства, как оно воздействует на тело и внешний мир через моторные поля? Здесь кажутся возможными два пути: во-первых, выбирая между различными возможными моторными полями, в результате чего реализуется один из возможных способов действия, и во-вторых, играя роль творческого фактора, с помощью которого возникают новые моторные поля, например в обучении по типу «инсайта» (см. раздел 10.4). В обоих случаях оно действует подобно формативной причине, но такой, которая в определенных пределах свободна и неопределима с точки зрения физической причинности. Фактически его можно считать формативной причиной формативных причин.

В такой интерпретации сознательно контролируемые действия зависят от трех видов причинности: сознательной причинности, формативной причинности и энергетической причинности. Напротив, традиционные теории интеракционизма типа «духа в машине» признают только две причинности: сознательную и энергетическую, без формативной причинности между ними. Модифицированный материализм допускает две другие — формативную и энергетическую — и отрицает существование сознательной причинности. А традиционный материализм признает только одну энергетическую причинность.

Связь между сознательной причинностью и формативной причинностью, вероятно, лучше всего представить с помощью аналогии со связью между формативной и энергетической причинностью. Формативная причинность не приостанавливает энергетическую причинность и не противоречит ей, но накладывает некий шаблон на события, которые неопределимы с энергетической точки зрения; она делает выбор между энергетическими возможностями. Подобным же образом сознательная причинность не приостанавливает формативную причинность и не противоречит ей, но делает выбор между моторными полями, которые в равной степени возможны на основе морфического резонанса.

Ситуации, в которых возможны несколько различных моделей деятельности, могут возникать, либо когда поведение под воздействием определенных моторных полей уже не канализировано врожденными или привычными хреодами, либо когда два или более моторных поля конкурируют за контроль над телом.

У низших животных сильная канализация инстинктивных моделей поведения, вероятно, почти или совсем не оставляет места для сознательной причинности; но среди высших животных относительно слабая врожденная канализация пищевого комплекса поведения вполне может обеспечить для нее некоторое поле деятельности. А у человека огромный диапазон возможных действий вызывает к жизни множество неопределенных ситуаций, в которых может быть сделан сознательный выбор, как на низших уровнях, между возможными методами достижения целей, уже заданных главными моторными полями, так и на высших уровнях, между главными моторными полями, конкурирующими между собой.

С этой точки зрения сознание направлено главным образом к выбору между возможными действиями, а его эволюция теснейшим образом связана с расширяющейся областью сознательной причинности.

На ранней стадии человеческой эволюции эта область должна была чрезвычайно сильно увеличиться с развитием языка как непосредственно, через способность производить бесконечное число наборов звуков при произнесении фраз и предложений, так и косвенно, через все действия, которые стали возможными благодаря этому обстоятельному и гибкому средству общения. Более того, в связанном с языком развитии умозрительного мышления на некоторой стадии сознательное «я» качественным прыжком должно осознать самое себя как проводника сознательной причинности.

Хотя сознательное творчество достигает своего высшего развития у человека как биологического вида, возможно, что оно также играет важную роль в развитии новых типов поведения у высших животных и даже может иметь некоторое значение у низших животных. Но сознательная причинность имеет место только в уже установившихся рамках формативной причинности, задаваемой морфическим резонансом от прошлых животных; она не может объяснить главные моторные поля, в области которых она проявляется, и не может также рассматриваться как причина характерной формы вида. Еще менее она может помочь объяснить происхождение новых форм в растительном царстве. Так что проблема эволюционного творчества остается нерешенной.

Способность к творчеству можно приписать либо нефизической творческой силе, которая проникает собой индивидуальные организмы, либо она может быть приписана случаю.

Принятие последней возможности делает вторую из метафизических позиций совместимой с гипотезой формативной причинности, в которой признается реальность сознательного «я» как причинного фактора, но отрицается существование какой-либо нефизической силы, выходящей за пределы индивидуальных организмов.

12.4. Творящая Вселенная

Хотя творческая сила, способная создавать в ходе эволюции новые формы и новые модели поведения, непременно должна выходить за пределы индивидуальных организмов, она не должна выходить за пределы всей природы. Например, она может быть имманентна жизни в целом; в этом случае она соответствует тому, что Бергсон называл elan vital /жизненный порыв. — Прим. пер.). Или она может быть имманентна планете в целом, или Солнечной системе, или всей Вселенной. Фактически может существовать иерархия имманентных творческих сил на всех этих уровнях.

Такие творческие силы могут создавать новые морфогенетические и моторные поля путем своего рода причинности, очень напоминающей сознательную причинность, рассмотренную выше. На самом деле, если такие творческие силы вообще признаются, тогда трудно избежать заключения, что они должны быть в некотором смысле сознательными сущностями.

Если такая иерархия сознательных сущностей существует, тогда те из них, кто стоит на высших уровнях, вполне могут выражать свою способность к творчеству с помощью тех, кто стоит на более низких уровнях. А если такая творческая сила высшего уровня действует через человеческое сознание, то мысли и действия, которые ею вызываются, фактически могут переживаться так, как если бы они происходили из внешнего источника. Такое переживание, называемое вдохновением, действительно хорошо известно.

Более того, если такие «высшие сущности» имманентны природе, тогда можно представить, что при некоторых условиях человеческие существа могут прямо осознать, что они заключены внутри этих сущностей или охватываются ими. И переживание внутреннего единства с жизнью, или с планетой, или со Вселенной на самом деле часто описывалось людьми до той степени, в какой его вообще можно выразить словами.

Но несмотря на то что иерархия сознательных сущностей вполне может объяснить эволюционное творчество Вселенной, она, вероятно, не могла положить начало самому существованию Вселенной. Также эта имманентная творческая сила не могла иметь какую-либо цель, если нет ничего за пределами Вселенной, к чему эта сила могла бы стремиться. Так что в этом случае вся природа развивалась бы непрерывно, но слепо и не имея направления.

Метафизическая позиция признает причинную действенность сознательного «я», а также существование творческих сил, выходящих за пределы индивидуальных организмов (трансцендентных по отношению к ним), но имманентных природе. Однако она отрицает существование какой-либо конечной творческой силы, трансцендентной по отношению к Вселенной в целом.

12.5. Трансцендентная реальность

Вселенная в целом может иметь причину и цель, только если она сама была создана превосходящей ее (трансцендентной ей) сознательной силой. В отличие от Вселенной, это трансцендентное сознание не могло бы развиваться в направлении к определенной цели; оно само было бы своей собственной целью. Оно не могло бы также стремиться к конечной форме, а имело бы завершение в самом себе.

Если бы это трансцендентное сознательное существо являлось источником Вселенной и всего, что в ней есть, то все сотворенные вещи были бы в каком-то смысле составляющими его природы. Тогда более или менее ограниченная «целостность» организмов на всех уровнях сложности могла бы рассматриваться как отражение трансцендентного единства, от которого они зависят и от которого в конечном счете произошли.

Таким образом, эта четвертая метафизическая позиция утверждает причинную действенность сознательного «я», а также существование иерархии творческих сил, имманентных природе, а также реальность трансцендентного источника Вселенной.

1. Комментарии и полемика

2. Дискуссии

Я имел счастливую возможность участвовать в обсуждениях гипотезы формативной причинности, благодаря приглашениям на конференции и семинары в Англии, а также в Австрии, Канаде, Германии, Голландии, Индии, Швейцарии, Швеции и США, в университетах, научно-исследовательских институтах и разных других организациях. Я был поражен тем, сколь велик был интерес к этим идеям среди как ученых, так и неученых, и удивительнее всего был интерес Конгресса США, где я выступал в Расчетной Палате по будущим расходам в июне 1983 года.

Многие из этих дискуссий были ценными, стимулировали мысль и породили множество новых идей, часть которых вошла в книгу, над которой я сейчас работаю. Помимо общих обсуждений гипотезы и ее приложений, состоялось также несколько научных семинаров для рассмотрения конкретных способов ее проверки… И, конечно, кроме организованных встреч и семинаров, я продолжал обсуждать эти идеи с друзьями и коллегами. Как оказалось, среди ученых физики были более готовы к восприятию идей такого типа, чем биологи; особое удовольствие я получил от нескольких дискуссий с профессором Дэвидом Бомом, специалистом по квантовой физике.

3. Конкурсы

В октябре 1982 года Тэрритаунская Группа Нью-Йорка объявила приз в 10 000 $ за лучший тест гипотезы формативной причинности, который можно провести до 1 января 1986 года. Приз дается за экспериментальные результаты, которые либо подтверждают гипотезу, либо опровергают ее. Судить будет международное жюри из ученых, в которое входят профессора: Дэвид Бом, Марко де Вриз, Дэвид Димер и Майкл Овенден. Датский фонд предлагает второй приз в 5000 $ для того же конкурса, а издатель немецкого перевода «Новой науки о жизни», Мейстер Ферлаг, в Мюнхене предлагает третий приз.

28 октября 1982, одновременно с объявлением приза Тэрритаунской Группы, «Нью Сайентист» объявил конкурс на постановку экспериментов, которые бы «критически исследовали» гипотезу формативной причинности, с особым акцентом на «эксперименты, которые могут быть проведены дешево и просто: скорее, выпускниками университетов… чем специальными учреждениями». Результаты были опубликованы 28 апреля 1983:

Первый приз получил д-р Ричард Джентл, специалист по механике жидкостей из Ноттингемского университета. Его идея замечательно проста. Он прислал нам детский стишок на турецком языке вместе с бессмысленными текстами, составленными из тех же слов. Гипотеза Шелдрейка предсказывает, что людям, которые не говорят по-турецки, легче будет выучить истинный стишок, даже несмотря на то что он будет для них не менее непонятен, чем фальшивый (поддельный), поскольку миллионы турок уже выучили его в прошлом.

Наши судьи (четверо уважаемых ученых) оценили элегантность идеи д-ра Джентла и тот факт, что она не требует больших затрат. Любой желающий (например, школьный учитель) может провести такой эксперимент.

Однако критики уточнили идею д-ра Джентла. Они указали, что детские стихи — не просто стихи: возможно, что подлинный «турецкий стишок лучше запоминается, чем бессмысленный рифмованный набор слов; на самом деле детские стихи могут схватываться быстрее отчасти потому, что они имеют внутренний располагающий ритм».

Но известный японский поэт, Шунтаро Таникава, прислал Руперту Шелдрейку старый японский стишок и специально написал еще настоящее стихотворение и бессмысленное стихотворение, все в одинаковом ритме и размере. Окажется ли, что людям на Западе легче выучить старый стих, чем одинаково звучащие «контрольные» стихи, поскольку японцы уже учили их раньше?

Два других эксперимента разделили второй приз и выиграли каждый по 100 фунтов. Д-р Сьюзен Блэкмор из лаборатории мозга и восприятия Университета в Бристоле предлагает учить группу маленьких детей пользоваться «управляемым младенцем магнитным проигрывателем», изобретенным ею вместе с Томом Тросиянко; этот аппарат должен быть скоро выброшен на рынок. Через шесть месяцев, когда тысячи детей научатся обращаться с этим аппаратом, начнется обучение второй группы детей. Гипотеза Шелдрейка предсказывает, что вторая группа будет обучаться быстрее, чем первая. Но этот тест довольно дорогостоящий и требует больших затрат времени, чем идея Джентла, а один из судей считает, что разнообразие способов воспитания детей может внести «шумы» в такой эксперимент.

Д-р Верной Непп, приглашенный лектор Медицинского центра Корнеллского госпиталя в Нью-Йорке, также выиграл 100 фунтов. Он предложил вызывать апоплексический удар у крыс, несколько раз вводя им препарат лигнокаин (lignokaine), так чтобы каждая доза была недостаточна для стимуляции припадка. Со временем такая процедура повышает чувствительность крыс к этому препарату, это явление известно как «возбуждение». Согласно гипотезе Шелдрейка, после проведения такой процедуры с одной группой крыс у других крыс той же линии «возбужденные» припадки должны случаться чаще. Однако такой эксперимент стоит довольно дорого, а один из судей полагал, что огромное количество уже проведенных работ по химическому возбуждению крыс может запутать картину.

Наш собственный конкурс закончен; мы поздравляем победителей и благодарим судей и многих участников, высказавших прекрасные идеи и критику. Предложение Тэрритауна действительно до конца 1985 года. Между прочим, этот конкурс может быть уникальным… потому что, когда же еще предлагались деньги за проверку идеи?

4. Эксперименты

 

Формативная причинность: подтверждение гипотезы

Революционная идея о том, что на форму вещей и поведение организмов оказывает влияние «морфический резонанс», исходящий от прошлых событий, бросает вызов современной науке и вызывает негодование многих ученых. Но прибавляются свидетельства того, что «гипотеза формативной причинности» может быть правильной.

Рис. 1

Рис. 2

В программе, названной «А Плюс», вышедшей в эфир в Англии по каналу ITV днем 31 августа, с 2 до 2.30, картинку-загадку, содержащую скрытый образ, показали почти двум миллионам зрителей. Через небольшой промежуток времени был дан ответ, который затем был «встроен» обратно в картинку-загадку, так что образ, ранее скрытый, теперь было легко увидеть. Та же картинка показывалась снова в конце программы.

На самом деле эксперимент включал две картинки (рис. 1 и 2), которые были специально созданы Морганом Сендаллом. Они специально были сделаны трудными, так чтобы лишь очень небольшое количество зрителей могло отгадать скрытые изображения. В течение августа я послал их коллегам на Британских островах, в континентальной Европе, Африке и в обеих Америках. Каждый экспериментатор показывал две картинки одной группе испытуемых в течение нескольких дней до передачи в Англии 31 августа, а затем в течение нескольких дней после нее другой подобной же группе; например, если в первой группе были студенты, то и вторую набирали из студентов. Каждую картинку показывали одну минуту, всегда сначала первую, и записывалось число людей, отгадавших каждую из них. В большинстве групп люди записывали свои ответы, но в некоторых случаях экспериментаторы опрашивали каждого отдельно. «Отгадками» считались только совершенно четкие ответы, например «женщина в шляпе» для первой картинки или «казак с большими усами» — для второй. Принимались меры предосторожности, чтобы воспрепятствовать передаче ответов от субъектов одной группы к другой.

Экспериментаторы не знали, какая из картинок будет показана по телевидению, и я сам этого не знал. Контролем служила картинка, которая не была показана. Таким образом, для опытной (показанной) картинки должен был наблюдаться эффект увеличения процента людей, отгадавших ответ после показа по телевидению, тогда как для контрольной картинки должно было быть либо небольшое увеличение, либо никакого.

По телевидению была показана картинка на рис. 2, а картинка на рис. 1 служила контролем. Результаты эксперимента приведены в таблице 1. Если обобщить все данные, доля отгадавших картинку 2 увеличилась на 76 %. Это увеличение статистически значимо с уровнем вероятности 1 % (то есть вероятность того, что такой результат был получен случайно, составляет 0,01). Доля отгадавших контрольную картинку увеличилась лишь на 9 %, что статистически незначимо.

Очевидное возражение здесь может быть таково: некоторые из субъектов, тестируемых после передачи по телевидению, могли видеть ответ к рис. 2, несмотря на меры, принятые, чтобы исключить кого-либо, кто видел эту программу или кому ответ мог быть подсказан кем-либо еще. Более того, если кто-нибудь из экспериментаторов видел эту программу, они могли влиять на испытуемых с помощью тонких намеков или могли быть пристрастными в своих оценках результатов. Такие возражения имеют силу в отношении данных из Англии и Ирландии, где транслировалась телепрограмма. Однако, если данные из Англии и Ирландии исключаются, результаты из оставшихся стран все равно демонстрируют увеличение процента людей, отгадавших рис. 2; действительно, этот процент увеличился почти втрое (см. таблицу 1). Это увеличение статистически значимо на уровне вероятности в 1 %. Опять-таки контроль показал гораздо меньшее увеличение (22 %), которое статистически незначимо.

Никто из экспериментаторов, а также испытуемые вне Британских островов не видели телепередачу и не знали о том, какая из картинок будет показана по телевидению. Так что для этих результатов не могут выдвигаться возражения, справедливые для экспериментов, проводившихся на Британских островах. Конечно, можно предположить, что в других странах экспериментаторы или кто-либо из испытуемых узнали, какая картинка была показана, например позвонив кому-либо из знакомых в Британии; но все экспериментаторы вне Британских островов сообщили мне, что они не знали ответ, и мне кажется очень маловероятным, что здесь мог быть вольный или невольный обман.

Очевидно, что этот эксперимент можно рассматривать лишь как предварительный, и положительные результаты можно объяснить влиянием других факторов, а не только морфического резонанса. Тем не менее итоги можно считать достаточно обнадеживающими, так что такой эксперимент кажется разумным провести в более широком масштабе.

Я очень благодарен экспериментаторам, собиравшим данные: без них этот тест был бы невозможен. Если его повторять в большем масштабе, понадобится больше экспериментаторов по всему миру…

Я благодарен д-ру Нику Хамфри и д-ру Патрику Бэйтсону за плодотворные обсуждения постановки экспериментов и их результатов.

Второй эксперимент (с использованием картинок-загадок) только что закончен; он проводился с помощью Джека Вебера, продюсера программы Би-Би-Си «Завтрашний мир» («Tomorrow's World»), и с участием более сотни добровольных экспериментаторов, многие из которых написали мне после того, как прочитали о предыдущем эксперименте в «Нью Сайентист». Результаты второго эксперимента описаны ниже.

 

Эксперимент со скрытым изображением на телевидении Би-Би-Си

Эксперимент по проверке гипотезы формативной причинности был проведен в сотрудничестве с Би-Би-Си в ноябре 1984 года. Постановка была такой же, как и в предыдущем случае, и включала две картинки, содержащие скрытые изображения. Эти картинки были посланы экспериментаторам по всему миру, и они тестировали группы людей, чтобы выяснить, какая часть из данной группы правильно угадала скрытое изображение, при этом картинка была им показана на 30 секунд. Такие тесты проводились в течение 5 дней до телепередачи и на других испытуемых в течение 5 дней после передачи. В программе «Завтрашний мир» восьми миллионам зрителей показали одно из скрытых изображений, а затем был показан ответ. После того как зрители научились узнавать скрытый образ, им показывали его снова. Цель эксперимента заключалась в том, чтобы выяснить, стало ли после этого легче узнавать скрытое изображение другим людям в других частях света, где они не могли видеть передачу Би-Би-Си.

Экспериментаторам сказали, что передача будет либо 8, либо 15 ноября и что картинку, которая будет показана, будут выбирать наугад. Некоторых просили провести эксперимент до и после 8 ноября, а других до и после 15 ноября. На самом деле передача была 15 ноября, а тесты около 8 ноября служили контролем. Картинка, выбранная наугад в телепередаче, была рис. 1 (ковбой на лошади), а рис.2 (танцующая пара) служил контрольным.

Тесты проводились в 121 месте, и всего в них участвовало 6265 человек.

Результаты оказались удивительными: они показали странное расхождение между Европой и Северной Америкой. Положительный эффект был получен в Европе (Финляндия, Франция, Германия, Италия, Швеция, Швейцария и Югославия), где суммарное увеличение доли угадавших рис. 1 составляло 32 %. С рис. 2 увеличения практически не было.

В Южном полушарии (Австралия, Новая Зеландия и Южная Африка) был получен общий положительный эффект с увеличением доли участников, отгадавших рис. 2, но это увеличение не было статистически значимо.

В Северной Америке (Канада и США) вообще не было сколько-нибудь значительного эффекта.

Расхождение между Европой и Северной Америкой весьма загадочно. Я не могу ожидать, что действие морфического резонанса зависит от расстояния. Одно из возможных объяснений мне предложил Ник Хамфри: возможно, что в Европе, где разница во времени с Англией всего один час, люди были более «в фазе» с аудиторией британского телевидения, чем люди в Америке, где разница во времени составляет 5–8 часов. Важно выяснить, очевидно, воспроизводим ли этот эффект.

В контрольном тесте, проводившемся до и после 8 ноября (эти тесты проводились только в Америке), было некоторое увеличение процента участников, отгадавших рис. 1, но оно не было статистически значимым.

Обобщенные данные показаны в таблице 2. Ясно, что такой эксперимент нужно повторить, и следующий тест, с другими картинками, на самом деле планируется в Германии. Передача ответа на одну из картинок будет сделана для 6 миллионов зрителей северогерманским телевидением (Norddeutscher Rundfunk). Тесты «до» и «после» будут проведены в континентальной Европе вне поля вещания этого телевидения, а также на Британских островах и в Северной Америке.

Я благодарен д-ру Нику Хамфри и д-ру Иеремии Черфасу за помощь в организации экспериментов и анализе результатов.

Март, 1985

Тэрритаунский приз был присужден в июне 1986 года. Детали этого эксперимента описаны в моей последней книге «Присутствие Прошлого» (Collins, 1988).

Таблица 1. Как передача повлияла на результаты

Приводится количество участников эксперимента, видевших скрытые образы на рис. 1 и 2 до и после показа рис. 2 по телевидению. Данные из семи участков в Британии и Ирландии (Кембридж, Дублин, Эдинбург, Лондон, Ньюарк, Норвич и Оксфорд) и семи участков в других странах (Давос, Швейцария; Лукка, Италия; Кейптаун и Стелленбош, Южная Африка; Санта Мария, Колумбия; Канзас Сити, Миссури и Пэлм Бич, Флорида, США).

Таблица 2. Результаты эксперимента со скрытым изображением

Выход в свет книги Руперта Шелдрейка на русском языке кажется нам событием значительным, во всяком случае для тех российских читателей, кто неравнодушен к проблемам перестройки научного мировоззрения и не удовлетворен традиционной материалистической идеологией в современном естествознании вообще и в биологической науке в особенности. Потому что, как очевидно из содержания книги, она являет собой попытку предложить альтернативу ортодоксальному, или, как его называет Шелдрейк, «механистическому», подходу в биологии. С нашей точки зрения, наиболее важными в гипотезе Шелдрейка являются два момента: во-первых, утверждение о реальности действия высших причин на уровне физических явлений и, во-вторых, предложения конкретных экспериментов для проверки этого утверждения. Заслуживает внимания прежде всего сама идея о существовании высших причин как антитеза традиционной научной идеологии, которая в принципе такие причины отрицает и все явления стремится объяснять «снизу», через свойства и взаимодействия элементов вещества — атомов, молекул, клеток и т. д.

Мы не беремся сейчас анализировать концепцию Шелдрейка с философских и историко-научных позиций. Возможно, такой анализ найдет свое место в трудах будущих исследователей. Заметим только, что, на наш взгляд, уровень изложения, логика, тщательность и объективность рассмотрения проблем свидетельствуют о весьма широком кругозоре и высокой научной эрудиции автора. Несомненно, что мы имеем дело с ученым, обладающим большим опытом и глубокими знаниями в своей специальной области (как следует из его биографии — в биохимии и физиологии растений) и одновременно хорошо осведомленным как в общебиологических вопросах, так и во многих смежных областях. Высокий уровень автора как ученого выделяет его концепцию среди многих подобных попыток, сделанных за последние десятилетия; и это же явилось главной причиной того, что его «Новая наука о жизни» привлекла к себе внимание западной читающей публики.

Несомненно также, что Шелдрейк не только большой ученый, но и весьма достойный человек, способный отстаивать свои убеждения в самых разных, в том числе критически настроенных, аудиториях. Всякий, кто пытался выступать с идеями, противоречащими общепринятому мнению в данной области науки, хорошо знает, сколько мужества и силы воли требуется для того, чтобы защищать свои позиции, какие удары порой приходится испытывать и от ближайших коллег, и от более далеких оппонентов. Чем сильнее потрясает основы новая идея, тем большее сопротивление она встречает. Более 20 лет назад, в начале 80-х годов теперь уже прошлого века, когда Шелдрейк впервые выступил со своей гипотезой формативной причинности, ортодоксальная механистическая идеология в биологии была очень сильна, особенно в тех направлениях, которые занимались исследованием механизмов биологических процессов на молекулярном и клеточном уровнях — в биохимии, биофизике, молекулярной биологии, молекулярной генетике. Многие свидетельства тех лет, в том числе и наш собственный опыт работы в области биофизики мембран, говорят о том, что механистический подход являлся тогда не только господствующей идеологией. Фактически, в официальной науке он фигурировал как единственно возможный. Живые организмы рассматривались исключительно как физико-химические машины, и считалось, что все биологические явления в принципе могут быть объяснены только на языке физики и химии. Отсюда вытекал подход к исследованию — объяснение свойств живого организма или его части через свойства составляющих их элементов вещества: клеток, мембран, молекул и т. д. — с соответствующей постановкой задачи, методами, способами анализа и интерпретации результатов. Только такой путь и считался научным. Иначе говоря, ставился более или менее явный знак равенства между механистическим подходом и наукой как таковой.

Можно себе представить, как нелегко было Шелдрейку решиться на столь революционный шаг, как выдвижение концепции определенно антимеханистического содержания с неизбежной при этом критикой идеологических основ механистического подхода. Но убежденность в своей правоте и желание сказать новое слово истины в науке были, вероятно, сильнее всех опасений.

«Новая наука о жизни» была опубликована впервые в Англии в 1981 году. Выход ее в свет вызвал волну возмущения и протестов со стороны ортодоксально мыслящих ученых, с особенно резкими нападками выступил влиятельный американский журнал «Нейчур». В то же время автор получил поддержку достаточно известного научно-популярного журнала «Нью Сайентист». Развернулась полемика в печати, на радио и телевидении; были объявлены конкурсы на лучшие эксперименты, позволяющие проверить гипотезу Шелдрейка; отобранные эксперименты использовались для таких проверок на телевидении разных стран.

Бурная реакция на книгу Шелдрейка принесла ему (как он пишет, неожиданно для него самого) огромную популярность и немало способствовала распространению его идей как в научном мире, так и среди широкой читательской аудитории. «Новая наука о жизни» выдержала несколько изданий и была переведена на ряд европейских и японский языки. Русский перевод сделан со второго английского издания (1985 г.), в которое кроме текста первого издания вошло также приложение, содержащее материалы дискуссий, комментарии в прессе, а также описания и результаты некоторых экспериментов, поставленных для проверки его гипотезы. Основное содержание книги (введение и двенадцать глав) в нашем переводе с небольшими сокращениями ранее было опубликовано в журнале «Дельфис» (2002–2004 гг.). В настоящем издании даны полный текст автора и приложение. Так что наш читатель может познакомиться не только с концепцией автора, но и с реакцией на нее западной, главным образом английской и американской, публики.

После «Новой науки о жизни» Шелдрейк выпустил еще несколько книг [1–4], причем каждая из них выдержала не одно издание. Кроме того, за последние 10 лет вышло еще 4 книги [5–8], в которых он является соавтором. Все эти работы посвящены углублению и развитию тех или иных аспектов гипотезы формативной причинности, а также обсуждению возможностей объяснения с ее помощью различных явлений природы, особенностей поведения живых существ, загадок человеческой психики и интеллекта, духовных устремлений человека, жизни человеческих сообществ, космических явлений. В последние годы идеи Шелдрейка распространяются и самыми современными средствами: у него есть сайт в Интернете, выпускается множество аудио- и видеокассет, в которых в популярной форме излагаются те или иные аспекты его теории.

Насколько можно судить по литературе, за время, прошедшее после опубликования первой книги Шелдрейка, интерес к его гипотезе не угас; напротив, она приобрела многих сторонников или сочувствующих ей как из числа ученых, так и среди читателей, занятых в других областях. Можно сказать, что сейчас речь идет уже не столько о концепции жизни, выдвинутой одним из зарубежных ученых, сколько о направлении западной научной мысли, опирающемся на гипотезу Шелдрейка. Это направление предлагает свои объяснения многих явлений, принципиально отличные от тех, которые дает официальная наука, а кроме того, способно указать причины и таких явлений, которые вообще не поддаются объяснению с позиций официальной научной парадигмы.

Таким образом, публикация «Новой науки о жизни», в которой излагается существо гипотезы формативной причинности, в какой-то степени восполняет существенный, на наш взгляд, пробел в представлениях российских читателей о попытках западных ученых выйти за рамки механистических представлений, до сих пор активно действующих в области наук о живом. Разумеется, сейчас эта книга будет восприниматься нашим читателем иначе, чем если бы она вышла 15–20 лет назад. Заметим, что тогда ее публикация на русском языке была бы просто невозможна в силу давления механистической идеологии и, соответственно, официальной научной цензуры. За последние 20 лет развитие в нашей стране неортодоксальных теорий, в том числе и в биологии, а также появление ряда экспериментальных данных, в особенности в области исследований сверхслабых излучений биологических объектов и действия сверхмалых доз веществ и излучений, немало способствовали укреплению позиций не механистически мыслящих ученых. Несомненно, что работы по неортодоксальным направлениям в науке развиваются все более активно и интерес к таким направлениям явно возрастает. Об этом свидетельствуют, например, рост числа соответствующих публикаций, а также «параллельных» семинаров и конференций, стремительное расширение круга их участников и слушателей. Именно здесь, как мы полагаем, идет основная работа по формированию нового научного мировоззрения, которое со временем преодолеет рамки узкоматериалистических представлений.

Ясно, однако, что на сегодняшний день позиции неортодоксальной науки у нас еще не столь сильны, чтобы можно было говорить о реальной альтернативе механистическому подходу. И каждый весомый вклад в построение основ новой науки является ценным приобретением для российского читателя. Таким вкладом, несомненно, является книга Шелдрейка.

Разумеется, это не значит, что мы видим в ней одни достоинства, что в ней не может быть спорных утверждений и она не может быть подвергнута критике как по основным позициям, так и по тем или иным частным вопросам. Но при этом нам кажется важным иметь в виду, что, во-первых, всем нам свойственно ошибаться, особенно когда мы отрываемся от привычного «якоря» все еще господствующего механистического подхода и пытаемся объяснять явления, исходя из более объемных представлений. И во-вторых, критика оправдана, если она продвигает нас вперед, к лучшему, более полному пониманию, к устранению противоречий, к отысканию более строгих аргументов, позволяющих закрепить то, что уже удалось понять, и найти лучшие способы проверки новых предположений.

Именно в таком ключе и следует рассматривать критические соображения по содержанию книги Шелдрейка, которые высказываются в следующем разделе.

О гипотезе формативной причинности

Литература к Послесловию

1. R. Sheldrake. The Presence of the Past. 1-st edition, Times Books, New York and Random House of Canada, Toronto, 1988. 2-nd edition, 1990.

2. R. Sheldrake. The Rebirh of Nature. 3-rd edition. Rider, London, Sydney, Auckland, Johannesburg, 1993.

3. R. Sheldrake. Seven Experiments That Could Change the World. Fourth Estate, 1994.

4. R. Sheldrake. Dogs That Know When Their Owners Are Coming Home: And Other Unexplained Powers of Animals. Hutchinson, 1999.

5. R. Abraham, T. MacKena, R. Sheldrake. Trialogues at the Edge of the West: Chaos, Creativity and the Resacralization of the World. Bear and Co., 1992.

6. Fr. M. Fox, R. Sheldrake. Natural Grace. Bloomsbury, 1996.

7. Fr. M. Fox, R. Sheldrake. The Physics of Angels. Harper Collins, 1996.

8. R. Abraham, T. MacKena, R. Sheldrake. The Evolutionary Mind. Trialogue Press, 1998.

9. А. С. Пресман. Электромагнитные поля и живая при рода. М.: Наука, 1968.

10. А. С. Пресман. Идеи В. И. Вернадского в современной биологии. М.: Знание, 1976.

11. A. S. Presman. Electromagnetic fields and life. New York, 1977.

12. Электромагнитные поля в биосфере. Сб. статей в 2 томах. М.: Наука, 1984.

13. Биогенный магнетит и магнитореценция. Новое о биомагнетизме. В 2 томах. Пер. с англ. под ред. В. А. Троицкой и Ю. А. Холодова. М.: Мир, 1989.

14. Modern Bioelectricity. Ed. By A. A. Marino. Marcel Dekker, Basel. 1988.

15. Biophotonics and Coherent Systems. Proc. Of the 2-nd Alexander Gurwitsch Conference and Additional Contributions. Moscow University Press, Moscow, 2000.

16. Электромагнитные поля и здоровье человека. Фундаментальные и прикладные исследования. Материалы 3-й международной конференции. М. — СПб., 17–24.09.2002 г. М., 2002.

17. А. Б. Бурлаков и др. Волновая коммуникация при самоорганизации биосистем. Материалы 2-й Российской междисциплинарной научной конференции «Этика и На ука Будущего». Ежегодник «Дельфис» — 2002. М.: Дельфис, 2002. С. 196; А. Б. Бурлаков и др. Влияние внешних электромагнитных воздействий на процессы самоорганизации сложных биологических систем. Материалы 3-й Российской междисциплинарной научной конференции «Этика и Наука Будущего». Ежегодник «Дельфис» — 2003. М.: Дельфис, 2003. С. 252.

18. Е. М. Егорова. Электромагнитные поля и жизнь. Дельфис, № 4(21), 1999; 1(22), 2000; 2(23), 2000.

19. А. М. Кузин. Вторичные биогенные излучения — лучи жизни. Пущино, 1997.