Иванов-Петров Александр (ivanov_petrov) wrote,
Иванов-Петров Александр
ivanov_petrov

Две морфологии 4



Итак, мы получили две морфологии, с двумя регулирующими их законами. Первая морфология подлежит управлению со стороны наследственности, и здесь лежат многие томы - гены и генные сети, синтез белков и регуляторы, регуляторы регуляторов и катализаторы, гены, нарезающие на сегменты, гены, определяющие время и тикающие, как часы, и гены, создающие специфические структуры. Сейчас выясняется, какой это огромный мир - многое, казавшееся прописными истинами, многое, устроенное, как казалось, очень просто - вдруг обросло бородой необязательных следствий, добавочных причин, дополнительных условий, за одними регулирующими системами открылись другие, за вторыми - третьи, и весь этот огромный лес причин только открывается перед нами. И всё же это - гены, четкий код, управление, внятная специфическая причинность.

Вторая морфология устроена совершенно иначе. Мы ведь выделили ее такую из общей формы - ненаследуемую, случайную, хаотичную. Работы по этой морфологии уходят примерно до 30-х годов ХХ века, это биология "старая" и "классическая", хоть никогда и не модная. Тут картина наблюдаемых закономерностей совсем иная.

Остается сказать, что разделение на две морфологии было вполне искусственным. Конечно, нет признаков наследственных и ненаследственных, это не разделение на две разных группы, а единая шкала; две морфологии, описанные выше, просто маркируют ее полюса. С одной стороны простая система кода из четырех нуклеотидов, система детерминированного управления, специфическая запись и управление реакциями в клетке - это код переключателей для химических реакций, схема тумблеров. С другой стороны - почти тепловой, энтропийный шум развития, стабилизация в положении наименьшей энергии, реагирование на изменения условий повышением уровня шума, вариаций развития. Любое воздействие - скрещивание с иной генетической линией, увеличение внутренней вариативности, изменение условий среды, давление отбора, да что угодно - вызывает повышение "температуры", изменчивость растет. При этом оказываются воплощены и те варианты формы, которые не встречались при "холодной", низкой изменчивости.

А между этими полюсами находится великое множество промежуточных форм наследования и определения признаков. Какие-то черты организации почти случайны, какие-то детерминированы очень жестко, но в целом ситуация, кажется, такова, что при увеличении нестабильности - среды внешней, внутренней, генетической, давлении отбора - детерминированность определения признаков начинает сбоить, нарастает уровень шума развития, изменчивость увеличивается - и появляется материал для отбора, который в некоторых случаях может подхватить онтогенез. Каким образом - решается различными способами. Полная автономизация - это крайний случай. Какие-то воздействующие сигналы можно забирать у среды, можно отбирать те варианты нормы, где определенные гены включаются раньше или позже, с помощью гетерохроний изменять картину развития. Этот подвижный фон, то, что можно назвать "механикой воплощения", всё время взаимодействует с генетической определенностью. Мутации поставляют шум, идущий изнутри, который интерпретируется с помощью готового "словаря" внутриклеточных реакций.



Результирующая картина по настроению, по тому, как рисуется общий облик развития может сильно отличаться от жесткого детерминизма классической генетики - или, если на иной вкус, напротив, быть довольно близкой к ней, отличаясь лишь усложнением некоторых деталей. Тут назревает вопрос: как это может быть? Это невероятно из самых общих соображений. Ведь найден генетический код, он действительно работает, неужели это в некотором смысле "зря" - да, понятно, что не совсем зря, это примерно ... ну, скажем, 70% обеспеченности развития, или даже 90% - но такая жестко и закономерно устроенная вещь, как код, не может быть частью столь неопределенного механизма. Если уж найден генетический код, если уж кодируются белки - ясно, что именно это - основной механизм наследования, а прочее - всего лишь мелкие оговорки в стосорокседьмой сноске.

И потому можно напомнить историю еще про один код. Это будет тогда притча о судьбе кодов в биологии. Давно, в начале ХХ века, вскоре после того, как переоткрыли законы Менделя и началась генетика, когда началась новая биология, и даже еще точнее - почти тогда, когда Гейзенберг устроил себе отпуск, чтобы изобрести квантовую механику - был открыт еще один код, код наведения на источник пищи у медоосных пчел. Карл фон Фриш совершил потрясающее открытие - у животных, у насекомых открыл язык. Если б такое отыскали сейчас у обезьян - лингвисты бы строчили монографии каждый день и все бы непрерывно падали в обморок от изумления и счастья. Простейшая штука, пчела - оказывается, очень сложными совокупностями движений передает направление и угол полета по отношению к солнцу. Это очень сложное поведение. Угол, под которым видит солнце летящая пчела, транспонируется в угол по отношению к силе тяжести, из горизонтальной плоскости в вертиикальную, из яркого светлого дня - в темноту улья, и опознать этот угол предлагается толчее пчел, окружающих танцовщицу и касающихся ее антеннами - они же ее не видят. Это символьный тип коммуникации, там передается именно знак, и когда этологи строили характеристики, по которым следует сравнивать языки животных и языки человека, признаки типа проивзольности и пр. - всегда оказывалось, что язык пчел занимает верхнее положение среди любых животных типов коммуникаций, все гориллы, шимпанзе, птицы и прочие, перекрикивающиеся и жестикулирующие, имеют менее сложную и совершенную систему коммуникации, нежели пчелы. Это был такой писк, высшая точка - но у насекомых, не у пчел, очень странно было видеть эти этологические таблицы, где всякие там мыши и обезьянки, а сверху - пчелы. Продвинутая навигация, свидетельство интеллектуальности и чудеса природы в одном флаконе. Что? Это инстинкт и потому не интеллект? О, с этим всё в порядке. Примерно в 60-70-х годах показано, что пчелиный танец выучивается, ему обучаются. Пчелы предрасположены знать этот язык (наследственность, инстинкт), но каждая пчела учит его заново, и есть способные и неспособные, гении и двоечники.



Итак, имеется сложный, развитый код, используемый в коммуникации. Конечно, это великое дело. И вдруг - в 90-х годах идет серия блестящих работ: это всё выдумка, говорят экспериментаторы. Пчелы ориентируются просто по запаху корма, одна принесет - другая ее понюхает и летит туда, где так пахнет. Просто, дешево, сердито. А как же код, сложный и развитый, наследуемый и выучиваемый? Оказалось, что ситуация еще чуднее, чем можно было себе представить. Конечно, Фриш не ошибся, и те сотни исследователей, которые его проверяли, которые своими глазами наблюдали пчелиный танец и делали вычисления, предсказывали, куда отправится пчела после такого танца - они не врали и не ошиблись. Но и новые данные про ориентацию по запаху - тоже правда. Видимо, ситуация оказывается очень хитрой. Пчелы, вернувшиеся с кормом, иногда (не всегда, только если корма много) танцуют, и в танце заложен код, позволяющий вычислить направление полета. Окружающие пчелы пытаются считать с танца его характеристики и понять это направление. В улье множество пчел, и окружающие танцовщицу - это одновременно и фуражиры, готовые лететь, и просто так шатающийся народ, и молодые пчелы, которые еще не умеют читать язык танца и только учатся.



В популяции много больше неспособных, можно выявить процентное соотношение - я сейчас точно не помню, но что-то такое - примерно 20% вообще тупые и ничего не понимают, им что танец пчелы, что полет шмеля, что лезгинка на крыше улья - они не понимают. Много троечников, эти что-то такое неуверенно соображают и часть их ложится на крыло и пытается искать там, где они поняли - обычно они ошибаются и ищут не там, то есть там, где ничего нет или есть, но не то, что нашла та танцующая разведчица. Имеется примерно 10% отличников, которые понимают язык танца и если всё в порядке - погодные условия позволяют, ветер не снесет в полете, не отвлечет какая-то пакость или, скажем, не надо будет срочно защищать гнездо от вторжения - мало ли что может отвлечь так, что из головы всё вылетает, так вот, если всё будет в порядке, несколько менее 10% полетит искать туда, куда указывала танцовщица. При этом другие ребята ищут просто по запаху, те же троечники (как и отличники) запоминают запах - это много более отчетливая информация, чем направление полета с углом от солнца - так что в случае, если какая-то заминка, если запуталась, задумалась... Например, пчелы, если им приходится лететь вдоль ряда однородных объектов, склонны вдоль него лететь и далее - вдоль дороги, ряда кустов, изгороди, ряда деревьев. Так что направлялись честно по тому углу, что доктор прописал, по дороге что-то забарахлило, ветерок дунул, немного снесло, по инерции пролетела пару десятков метров дальше вдоль ряда чего-то там - и всё, нету вкусного, и что делать? Ищут по запаху, если где сбойнуло - конечно, по запаху, так что при статистической обработке выделить долю использования кода не просто, в некоторых опытах оказывается, что это просто внутри шума - влияние запаха корма статистически достоверно и очевидно, а влияние танца на ориентировку можно поймать не всегда, приноровившись, научившись работать с ульем в более или менее станедартных условиях, в общем, это сложный навык, легко рассыпается.

То есть в природе у вида живых существ есть в распоряжении сложнейший, жестко детерминированный код, который позволяет при его использовании отлично решать некую задачу. И что? Он используется жестко и только он? Он вообще лишний? Ни то, ни другое. Странным образом наряду с использованием очень специализированного кода находится место и для других механизмов, причем в живом поведении они сплавлены вместе, это не совершенно разные вещи, а единая стратегия поискового фуражировочного поведения, которое только исследователь разделяет на две части - вот стратегия по запаху, вот с помощью танца. Причем танец - унаследованный код, а запах... способность ощущать запах - конечно, наследственная, но конкретный запах выучивается, это ненаследственные условные рефлексы. а вот то, что запах выучивается очень быстро, пчелы за 1-3 предъявления обчаются лететь на так же пахнущую приманку - это опять эффект унаследованный.

Да, о птичках. Там очень трудная ситуация, борьба научных школ. Сейчас обычно считается, что вся история с танцем пчел - полная выдумка, они летят только по запаху, а прочее - выдуманные наблюдения. Можно понять - Фриш получил Нобелевскую премию за свое открытие, его авторитет был очень велик, и его соперников извели, очень трудно было говорить против ураганного ветра, поднятого статьями его учеников. Так что когда плотину прорвало и роль запаха стала ясна - напротив, почти все говорят, что старик вообще все выдумал, никаких танцев нет. Желающие могут искать работы Адриана Виннера и их описание http://panov-ethology.ru/publications/znaki_6.pdf Теперь говорится так: в танце действительно содержится информация о направлении и дальности полета, код есть. Но его вообще не используют - пчелы не используют код, который сами производят своими движениями. Вот так. Моё описание ситуации выше - несколько более мягкое.



Очень может быть, что данные, факты, эксперименты ничуть не изменятся, но картина мира, которую выстраивают на основании этих экспериментов - несколько поменяется. Морфология одна-единственная, в ней можно выделять аспекты для удобства решения той или иной задачи. Но это конструкция для решения, а не для адекватного описания. Код в самом деле имеется, и если бы развитие строил человеческий разум - ну конечно, он бы опирался на этот код, потому что с его помощью можно сделать всё, он универсальный, он дает решение всех возможных задач - зачем же громоздить в нагрузку к универсальному механизму, специализированному и работающему, какие-то еще прибамбасы? Однако то, что изучает биология, делал никак не человеческий разум, и потому всё не так гладко. Если начать перечислять способы, которыми код слипается в единую действующую систему с этим вот "шумом", выясняются десятки пунктов. И плейотропия, когда одну и ту же структуру определяют разные гены, и множественная регуляция, и разноуровневая регуляция, и гетерохронные эффекты, и еще прорва чего.

Другое дело, что достоверно поймать, статистически зафиксировать результат, при нынешних технологиях и способах исследования - можно в разной мере. У пчел оказалось, что универсальный код, который бы обеспечивал замечательным образом решение всех задач фуражировки, используется максимум 10% особей, его эффективность довольно низка. То есть, если попросту брать пчелиную популяцию, ей что-то такое зажигательное танцевать и замерять ответ - получится, что недостоверная доля пчел находит приманку, неотличиамая от случайной, они же и просто так обследуют территорию, и на приманку всегда кто-то натыкается из разведчиков. Чтобы ловить действие этого кода, надо делать многоэтажные эксперименты - выявлять в улье совокупность талантливых пчел (те 10%), они ловятся при решении любых "интеллектуальных" задач, а потом именно с этими пчелами смотреть, как они летят по коду танцующей пчелы. Это - два длительных эксперимента на одних и тех же особях. А пчела летает всего 2-3 недели, потом дохнет, а непогожие дни, а отсев, когда пчела пропадает, уходит на другие участки и более недоступна. То есть это метрдически очень хитрый опыт. При этом негласно предположено (пока не доказано), что талантливые талантливы всегда. Вообще-то можно предположить, что 10%, быстрее других решающие ту или иную задачу - это разные в каждой задаче пчелы. Талантливы в данном случае, чисто статистически. Кажется, это неверно, талантливость в самом деле индивидуально специфична у пчел, кроме того, там не сплошная кривая - между двоечниками-троечниками и талантами имеется некий разрыв в кривых обучения, гиатус, связанный с прочими неуспевающими довольно небольшим числом переходов...

В общем, это совсем не такая простая задача, которая путным образом не решена. Вопрос о коде, обнаруженном в поведении пчел, пока подвешен. Важно, что в живом поведении основные вещи решаются помимо кода, гораздо более неспецифическими методами, хотя это не значит, что код не нужен.

Если представить себе переформатирование картины мира - которое перенесли исследователи поведения насекомых во время "революции" и "свержения кода" - как будет выглядеть картина мира, которая сейчас кажется такой понятной и уже решенной? Боюсь, совсем не так, как сейчас, и будет странная ситуация: нет, факты опровергнуты не будут, нет, теории не окажутся ложными - но вдруг выяснится, что верно и то, что сейчас считают правильным, и то, что считают ложным - оба вместе. И целая картина рассказывается совсем не теми словами, к которым привыкли.



Можно сказать примерно следующее. Разные теоретические конструкты оказываются удовлетворительно описывающими факты, одни при одних условиях, другие - при других. Скажем, при малых скоростях объектов теория Ньютона хорошо объясняет поведение объектов, а при чрезвычайном увеличении скоростей приходится обращаться к теории Эйнштейна. Теперь представим себе такое же соотношение для биологических объектов. Генетика хорошо работает, описывая поведение "холодных" объектов, тех, у которых развитие стабилизировано, находится в не-стрессовой ситуации. Если же перейти в область очень "горячего" развития, в условиях стресса, когда масса механизмов развития сбоит, работает с ошибками, сильно упала устойчивость - мы оказываемся в мире, где работает иная теория. Сюда относятся как многочисленные варианты эпигенетического наследования и сигнальной наследственности, так и вполне генетические способы обеспечния развития - когда признак обеспечивается множеством генов-модификаторов, возникает очень непростая траектория его проявления, сложно связанная с прочими условиями развития. http://caenogenesis.livejournal.com/12513.html

Далее: теория Эйнштейна не наглухо отделена от нашего обыденного мира, она учитывается в мелких его деталях - например, в GPS вводится релятивистская поправка. Мы живем в ньютоновом мире, но уже при использовании мобильного телефона для определения координат - используем иную, не-ньютонову теоретическую схему описания поведения объектов. Так же и в биологии, с развитием организмов. Морфология на деле едина, и в самых обычных условиях, в "холодном" и "прохладном" развитии, мы видим краешек иной теории - во фрактальности, в флуктуирующей асимметрии и других подобных мерах вариативности развития проявляется другая составляющая. Она не антигенетическая и совершенно не противоречит генетике - она лишь описывает поведение всей онтогенетической системы организма, включая и гены, в условиях неустойчивости. Указав, что эта составляющая изменчивости повсюду окружает нас, присутствует в самых обычных условиях, можно добавить: она же напоминает о пределе. Как релятивистские поправки говорят о теоретическом пределе, скорости света, обращаются к предельной ситуации, так и незначительные проявления флуктуирующей асимметрии говорят о неустойчивости развития, о крайнем его "перегреве", о теоретическом пределе - смерти. При увеличении стресса и сильнейшем нарушении развития достигается предел, морфология больше не образуется и форма не живет.

Конец куплета, песня вся.







прежние части двух морфологий:
http://ivanov-petrov.livejournal.com/1782580.html
http://ivanov-petrov.livejournal.com/1782936.html
http://ivanov-petrov.livejournal.com/1783207.html
Tags: biology3
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 32 comments