Теории образования элементов

 

 

Термином "биологический элемент" мы воспользовались для обозначения

любого явления жизни, которое можно истолковать как некую целостность. Это

может быть действующий фактор, объект воздействия или какое-либо их свойство

(цвет, возраст). Комплексы - это объединения более мелких элементов, однако

сами они одновременно представляют собой элементы более крупных структур.

Клетки являются элементами печени, печень представляет собой элемент целого

организма, а организм есть элемент в рамках вида. Выделение элементов - это

просто удобная абстракция. Подобно алгебраическим символам, биологические

элементы дают возможность оперировать сходными объектами, как какой-то

целостностью, как бы собирая их в одну упаковку. Вместо того чтобы

перечислять все составляющие элементы, достаточно просто назвать всю

упаковку, как если бы она была чем-то элементарным, неизменным и четко

выделенным из окружающего мира. Разумеется, ни один биологический элемент не

является таковым, однако, сообщив, к примеру, что "содержащая крахмал пища

вызывает ожирение", мы фиксируем самое существенное. Мы опускаем при этом

такие детали: ожирение вызывает не всякая крахмалистая пища, не в любых

количествах и не у всякого.

На протяжении всей известной нам истории человечества, зафиксированной

в документах, перфекционисты не прекращали нападки на самый принцип

образования элементов, но, как ни крути, без таких элементов в биологии не

обойдешься. Биологический элемент, как и любой другой элемент Природы, имеет

только статистический смысл: когда мы говорим, что от крахмала полнеют, мы

имеем в виду, что в большинстве случаев большинство людей полнеют от

крахмала; когда же мы говорим, что беременность длится девять месяцев, мы

имеем в виду, что у большинства женщин беременность длится приблизительно

девять месяцев.

Объединяющая теория действует подобно магниту. Она выбирает однотипные

элементы из случайного распределения разрозненных фактов и объединяет их в

одну удобную упаковку, с тем чтобы эти элементы можно было использовать,

передавать в процессе обучения либо хранить в памяти.

 

 

ТЕОРИИ КЛАССИФИКАЦИИ

 

 

Классификация - самый древний и самый простой научный метод.

Она служит предпосылкой всех типов теоретических конструкций,

включающих сложную процедуру установления причинно-следственных отношений,

которые связывают классифицируемые объекты. Без классификации мы не смогли

бы даже разговаривать. В самом деле, основу всякого нарицательного

существительного (человек, почка, звезда) составляет узнавание стоящего за

ним класса объектов. Определить некий класс объектов (например, позвоночные)

- значит установить те существенные характеристики (позвоночник), которые

являются общими для всех составляющих этот класс элементов. Тем самым

классификация предполагает выявление тех меньших элементов, которые входят в

состав большего элемента (самого класса). Все классификации основываются на

обнаружении той или иной упорядоченности. Наука занимается не отдельными

объектами как таковыми, а обобщениями, т. е. классами и теми законами, в

соответствии с которыми упорядочиваются объекты, образующие класс. Вот

почему классификация представляет собой фундаментальный процесс. Это, как

правило, первый шаг в развитии науки.

Мы уже говорили о том, что наилучшая теория классификации - та, которая

объединяет наибольшее число фактов самым простым из возможных способов.

Представим это графически. На рисунке изображен изначальный беспорядок,

открывающийся перед исследователем при обнаружении явно не связанных между

собой элементов. Семь из них имеют нечто общее: все они содержат черные

линии. Назовем их "классом с черными полосами", с тем чтобы отличать от всех

других объектов, которые не содержат черных линий. В рамках данного класса

можно различать также подклассы с точечной и черной полосами, клеточной и

черной полосами и просто с черной полосой. В результате остался единственный

объект (No 3), не соответствующий ни одному из названных подклассов,

поскольку он содержит сразу две черные полосы, одну точечную и одну

клеточную. Подобная классификация строится не на теории, а на простом

наблюдении.

Столкнувшись с аналогичной ситуацией при изучении явлений Природы,

наблюдатель, возможно, попытался бы свести все объекты в единую систему,

исходя из их размера, формы и структуры. Он мог бы сформулировать допущение

(гипотезу), согласно которому он открыл новые принципы упорядоченности

отдельных объектов. Предприняв ряд попыток объединить их, он, возможно,

отыщет некий способ их организации, соответствующий гипотезе, согласно

которой все эти объекты характеризуются тем, что естественным образом

располагаются по двум параллельным линиям.

Если наблюдатель достаточно решителен, он даже выявит определенную

последовательность в переходе от большого круга (No 5) до малого эллипса (No

1), а также вторую систему: большой квадрат (No 7) преобразуется в меньшую

фигуру с закругленными углами (No 6).

В результате подобного расположения рассматриваемых объектов выявляются

некоторые новые виды упорядоченности. Например, согласно данным измерений,

максимальный диаметр последовательных объектов верхнего ряда уменьшается по

мере движения слева направо на величину, равную в точности меньшему диаметру

(т. е. ширине) фигуры No 1. И, более того, все объекты в обоих рядах можно

теперь соединить между собой прямыми линиями (точечными, клеточными или

черными), представляющими собой проекции внутренней, "естественной"

структуры объектов-элементов.

И все же данная классификация не может быть признана

удовлетворительной. Элемент No 3, содержащий и точечную, и клеточную линии,

не соответствует сколько-нибудь естественным образом ни одной из двух

последовательностей, а линия, соединяющая верхний и нижний ряды, выглядит

искусственной: рассматриваемые элементы не содержат предпосылок

существования столь длинной ломаной линии (соединяющей элементы No 3 и No

6), как это постулируется в указанном на рисунке их гипотетическом

расположении. И наконец, легко заметить, что несколько элементов не могут

быть расположены вертикально, поскольку полосы в них идут

горизонтально{36г}. Данная гипотеза не предполагает сколько-нибудь

упорядоченной связи между элементами, и все же, как ни плоха наша

классификация (мы не знаем, можно ли считать ее ошибочной), она обнаруживает

некоторые неожиданные закономерности.

Но вот следующий наблюдатель, намереваясь внести больше порядка,

разместил все элементы в одну линию.

Эта картина, пожалуй, несколько проще. Прежде всего соблюдается

естественный порядок номеров от 1 до 7. Но один элемент, а именно No 3, все

еще создает некоторый беспорядок, номера элементов по-прежнему не

расположены строго вертикально, соединяющие линии все еще содержат чисто

гипотетические изгибы (существование которых ни в коей мере не вытекает из

наблюдаемых свойств самих элементов), а внезапное несоответствие размера и

формы элементов No 5 и No 6 выглядит искусственным.

И тогда третий наблюдатель классифицирует рассматриваемые элементы по

совершенно новой системе, располагая их все в виде буквы Y.

Такая классификация имеет очевидные преимущества перед всеми

остальными. Она соединяет и упорядочивает все семь элементов наиболее

простым способом, используя минимальное количество идеально прямых

соединительных линий (допущений), причем все они соответствуют естественной

структуре самих элементов.

В этом случае гипотеза становится теорией, в особенности если она

обладает предсказательной силой. Последняя могла бы проявиться, например, в

следующем: вполне можно было бы ожидать, что, изучая область, лежащую влево

от элемента No 1, мы обнаружили бы еще меньшие по размеру эллипсы с черной

полосой или что в правом верхнем углу от элемента No 5 появились бы еще

более крупные круги с точечными и черными линиями.

Если теория получает подтверждение такого рода, то она может

способствовать формулированию новых гипотез. Так появляется возможность

предположить, что все рассматриваемые элементы имеют общий "порядок",

располагаясь слева от элемента No 1 (теория эволюции), или же что все

элементы проявляют тенденцию к упрощению - превращению во все меньшие по

размеру эллипсы с единственной черной полосой наподобие элемента No 1

(теория развития в сторону упрощения). Как и для любой чистой теории

классификации, подтверждением нашей теории могут служить лишь те

закономерности, которые она создает, включая и способность ее предсказывать

будущие закономерности (например, где следует ожидать появления

дополнительных элементов и каких именно). Данная теория не делает попыток

вскрыть причинно-следственные отношения между элементами, однако она

обеспечивает основание для этого шага, который, как правило, предпринимается

на более поздних стадиях исследования. Сама по себе упорядоченность уже

предсказывает наличие причинно-следственных связей. К примеру, если мы,

изучая явления Природы, заметили, что те или иные элементы организованы по

принципу уже известной нам Y-образной модели, мы могли бы ожидать, что под

действием некоторых локальных факторов в направлении ветвей фигуры Y

появились черные, точечные или клеточные линии. В то же время можно было бы

также ожидать, что наличие во внутренней структуре таких линий заставило

рассматриваемые элементы принять Y-образную форму.

Для больщей очевидности приведем реальную биологическую задачу.

Исследователей давно интересовал вопрос: как связаны между собой кости,

хрящи и соединительные ткани? При изучении под микроскопом самых разных

взятых наугад участков скелетной структуры будут видны следующие типы

клеток:

Строение этих клеток явно имеет некоторые общие характеристики: все

они, в частности, содержат центральное ядро темного цвета. Однако во всех

иных отношениях они полностью различны: одни клетки маленькие, другие

большие, одни изолированы, другие образуют группы; оболочка одних клеток

гладкая, а другие имеют ответвления или заключены в плотные капсулы. Такое

отсутствие упорядоченности способно ввести в заблуждение, и для преодоления

его нет иного пути, кроме как осуществить исследования, которые в итоге

позволили бы провести классификацию всех этих типов клеток так, как показано

на следующем рисунке:

По мере движения слева направо мы прежде всего отмечаем, что

"недифференцируемые" клетки соединительной ткани увеличиваются в размере

вплоть до третьей стадии (середина Y-образной структуры), после чего число

их увеличивается путем деления, и они становятся дифференцированными: либо

закругленными инкапсулированными клетками хряща (верхняя ветвь), либо

клетками костей - удлиненными и узкими, с развитыми ответвлениями (нижняя

ветвь). И наконец, по мере продвижения к концам ветвей, на которых

изображено по четыре клетки, мы наблюдаем под микроскопом типичные полностью

развитые клетки хряща (верхняя ветвь) или костей (нижняя ветвь).

Подтверждением гипотезы, на основании которой была получена

классификация, служат: 1) итоговая упорядоченность рассматриваемых элементов

(непрерывность их переходных стадий развития при движении слева направо); 2)

способность к прогнозированию (на каком бы участке ни были обнаружены клетки

хряща или костей, всегда имеется возможность указать предшествующие им

недифференцированные клетки соединительной ткани); 3) плодотворная гипотеза,

являющаяся следствием имеющейся упорядоченности (эволюция клеток

соединительной ткани в клетки хряща или костей, роль местных факторов в этой

трансформации). Такие гипотезы становятся теориями в том случае, если путем

непосредственных наблюдений удается доказать, что подобная эволюция может

иметь место и что вызывать ее способны локальные (например, химические и

механические) факторы.

Эти два примера (один абстрактный, а другой конкретный) показывают,

какую помощь способна оказать простая классификация при формулировании

теории, выявляющей закономерности и обладающей способностью к

прогнозированию. Однако большинство полезных биологических теорий связаны

непосредственно с причинностью.

 

 

ТЕОРИИ ПРИЧИННОСТИ

 

 

Одних наблюдений над явлениями Природы явно недостаточно, чтобы вскрыть

причинно-следственные связи. Последние могут быть выведены исключительно

путем анализа закономерных связей между конкретными физическими событиями,

относящимися к прошлому и будущему.

Если бы в биологии удалось выделить логически строгие элементы, то

построение теорий причинности могло бы превратиться в стандартный процесс,

осуществляемый математическими методами. Основы такого метода изложены в

классическом труде Дж. Буля "Исследование законов мышления" [3]. Данная

работа исходит из допущения, что алгебра символических процессов,

разработанная Дж. Будем в качестве инструментария для выполнения вычислений,

окажется достаточно адекватной и для выражения любых мыслительных актов.

Так, в работе Дж. Вуджера "Техника построения теории" [38] каждое наблюдение

и каждый акт рассуждения обозначены простым символом; в результате

правильность того или иного вывода может быть проверена путем движения

вспять по цепочке, составленной из предшествующих и последующих событий, на

которые опирается этот вывод. Подобный анализ законов мышления средствами

символической логики является одним из величайших достижений человеческого

интеллекта. И тем не менее, как я уже неоднократно отмечал, применимость

таких методов в биологии чрезвычайно ограниченна, поскольку между

биологическими элементами невозможно установить четкие границы. Обозначение

их посредством символов ведет к неоднозначности и, как ни парадоксально,

создает ложное впечатление точности и определенности. В результате мы порой

забываем, что вывод, верный с точки зрения символических преобразований, не

обязательно распространяется на объекты, обозначенные с помощью символов.

Простая система символов способствует пониманию методов построения

теорий причинности. Однако мы ни на минуту не должны забывать, что

использованные символы - как и слова человеческого языка - достоверны лишь в

статистическом смысле. Слово "собака" может служить символом имеющихся у нас

представлений о собаках не потому, что все собаки абсолютно тождественны

(это означало бы, что все сказанное об одной собаке истинно и в отношении

других собак), а потому, что большинство собак во многих отношениях сходны

между собой. Следовательно - и это статистически вероятно,- все данные,

полученные при изучении одной собаки (или, еще лучше, многих собак), верны и

для большинства других особей этого вида (разд. "Принцип аналогии", с. 240).

Всестороннее обсуждение философских аспектов причинности в связи с

принципом неопределенности Гейзенберга не входит в задачу этой книги. Но с

каких бы позиций ни понималась причинность, без тех или иных предположений о

причинных связях между предшествующими событиями и последующими событиями

научные исследования как таковые были бы невозможны. Человеческий разум не в

состоянии охватить сложные явления и оперировать ими, если составляющие их

части не связаны между собой отношениями причинности. Первостепенная цель

науки - упорядочение и упрощение. Просто распознавать бесчисленные природные

явления бесполезно, если мы не способны в случае необходимости мысленно

воссоздать их, пройдя сквозь лабиринт всех возможных связей.

Ариадна, дочь критского царя Миноса, влюбилась в Тесея. Чтобы помочь

ему выйти из лабиринта, где он убил Минотавра, она дала ему клубок ниток.

Даже если причинность способствует пониманию связи между явлениями в той же

степени, как и нить Ариадны, мы без ее помощи не смогли бы выбраться из

лабиринта бесчисленных связей, так же как Тесей из своего лабиринта.

Возможно, причинность - не более чем свойственная нашему разуму привычка

связывать постоянно повторяющиеся события отношением причина - следствие.

Биолога же не так беспокоит эпистемологическое обоснование этого способа

мышления, как связанные с ним опасности ошибок.

В следующем разделе, "Заблуждения", мы проанализируем допущенные

биологами ошибки, связанные с неумением различать post hoc ("после этого") и

propter hoc ("вследствие этого"). Приведу в этой связи любопытный, хотя и

вымышленный пример, который я услышал несколько лет назад от одного из моих

студентов. Жители Марса наблюдают за жителями Земли с помощью мощных

телескопов. Они видят, что на красный свет светофора все машины

останавливаются, а когда загорается зеленый, они начинают движение. Ряд

ученых-марсиан пришли к выводу, что хотя машины землян очень мощные и

скоростные, тем не менее красный свет действует на них парализующе. Однако

вскоре эта версия подверглась нападкам со стороны ученых, утверждавших, что

именно зеленый свет вызывает движение машин. И вот теперь все

астрономические исследования марсиан направлены на то, чтобы определить

временные соотношения между изменением света и движением машин и выяснить,

таким образом, что есть причина, а что - следствие. В действительности же

никакой причинной связи между цветом светофора и функционированием двигателя

автомашины не существует... или нам следует признать, что она есть,. хотя бы

косвенно?

 

 

Заблуждения

 

 

Природа, насколько может, говорит нам явную ложь.

Чарльз Дарвин

 

В логике заблуждения, как правило, делятся на материальные (ошибочное

утверждение о каком-либо факте), вербальные (неправильное применение

терминов) и логические, или формальные (некорректное выведение следствия).

Согласно известной классификации, предпринятой Аристотелем в "Органоне", а

именно в работе "О софистических опровержениях", существует восемь основных

типов заблуждений{37}.

1. От привходящего--когда привходящий факт принимается за существенный

(например, данный гормон белый, вывод - все гормоны белые).

2. Secundum quid ("следует из общего".--лат.)- ошибочное

распространение общего правила на частный случай, и наоборот, без учета

изменяющихся обстоятельств (например, если стресс вызывает дегенерацию

вилочковой железы, то у крысы с удаленными надпочечниками стресс должен

повлечь за собой такую же дегенерацию. На самом деле стресс воздействует на

вилочковую железу через надпочечники, поэтому его действие блокируется при

их удалении).

3. Неверные заключения - особый способ убеждения за счет отвлечения

внимания на какой-либо посторонний факт (например, вместо доказательства

ложности теории--нападки на ее приверженцев).

4. Предрешение основания - выдвижение в качестве доказательства того,

что само требует доказательства, выбор таких посылок, которые заранее

предопределяют вывод еще не доказанных посылок (например, отрицание довода

на том основании, что он "ненаучен", что также нужно доказать).

5. Ошибка следования - рассуждение от последовавшего события к его

условию (например, удаление паращитовидной железы вызывает судороги,

следовательно, судороги указывают на отсутствие гормона паращитовидной

железы).

6. Non sequitur ("не следует"--лат.)--обоснование заключения исходя из

недостаточного или ложного факта (например, холод является стрессором, холод

вызывает дрожь, следовательно, дрожь является неспецифическим проявлением

действия всех стрессоров).

7. Post hoc ergo propter hoc ("после этого - значит, по причине

этого"--лат.)--если изменение появляется после воздействия какого-либо

фактора, оно должно быть обусловлено этим фактором (например, если

эксперимент удался весной, но не удался осенью, его успех зависит от смены

времен года).

8. Ошибка совмещения множества вопросов - когда несколько вопросов

неправомерно объединяются в один (например: "Почему кортизон является самым

полезным из всех кортикоидов?" В данном случае утверждение о полезности

кортизона вводится "контрабандой" как доказанный факт).

Такая систематизация всех возможных ошибок, сводящая их в конечное

количество групп, весьма соблазнительна, но она сама таит в себе явную

ошибку: кроме того что группы взаимно перекрывают друг друга, сама по себе

классификация ошибочных толкований и их наименование мало чем помогают

ученому в его повседневной работе. Клод Бернар заканчивает свой классический

труд "Введение в изучение экспериментальной медицины" словами: "Когда такие

философы, как Бэкон или же более близкие к нам по времени, предлагали общую

систематизацию правил научного исследования, это было очень заманчиво для

всех, кто знаком с наукой лишь издали, но для опытных ученых, так же как и

для тех, кто намеревается посвятить себя науке, такие предложения лишены

смысла, ибо, подразумевая в вещах ложную простоту, они вводят в заблуждение;

кроме того, они обременяют ум массой туманных и ненужных предписаний,

которые следовало бы поскорее забыть всякому, кто хочет всерьез заниматься

наукой и стать настоящим экспериментатором" (1895).

И тем не менее логические ловушки подстерегают ученого на каждом шагу,

и мне хотелось бы предостеречь его от наиболее типичных из них.

Я не претендую на то, что сумею дать такую классификацию заблуждений,

где они не будут перекрывать друг друга и где БУДЕТ дан их исчерпывающий

перечень. Просто я хочу описать те ловушки, в которые я лично попадал или

чуть не попал. Как говорят французы, "L`homme averti en vaut deux"

("Предупрежденный стоит двоих").

Заранее оговорюсь, если эти заметки попадут в руки читателя, мало

знакомого с моей областью интересов, я бы посоветовал ему просто бегло

просмотреть последующие страницы или же перевернуть их, ибо обдумывание

способов преодоления ловушек потребует определенных усилий. Я мог бы

придумать нужные мне примеры, но если уж эти записки и обладают каким-либо

достоинством в сравнении с привычными теоретическими работами по логике и

психологии, то как раз тем, что они целиком основаны на личном опыте. Как я

уже говорил, в высшей степени абстрактные законы мышления мало применимы к

нуждам практической научной работы. В отличие от них способы преодоления

типичных ловушек, использованные в конкретной области исследования, вполне

можно распространить на другие сферы знания и даже на повседневную жизнь.

Поразительной характеристикой ошибок, которые совершали даже наиболее

выдающиеся ученые, является их наивность. И все же мои примеры реальны. Все

они взяты из истории биологии и действительно были совершены. опытными

профессиональными учеными. Большинство из этих ошибок объясняется тем, что,

когда мы смотрим на предмет с определенной точки зрения, у нас

вырабатываются определенные психологические преграды, препятствующие

восприятию этого предмета в другом ракурсе. Наше понимание зависит от

прошлого опыта, но в той же степени, в какой наши воспоминания помогают

мыслительному процессу, они могут и тормозить его. В нашем сознании

образуются "белые пятна". Все необычное мы воспринимаем как невероятное, в

то время как именно необычное и является богатейшим источником великих

открытий.