2010-2020: Какая идея набирает силу? Отвечают ученые.
Между прочим, закончилось первое десятилетие 21 века.
Я попросил некоторых ученых, имеющих lj, задуматься о десятилетии предстоящем. И задал им следующий вопрос: какая тенденция, которая еще не всем видна, будет увеличивать свое влияние в ближайшие 10 лет? Это может быть другой способ думать об определенных вещах, какой-то метод работы, подход к проблеме, взгляд на действительность, другая оценка известного/неизвестного, уже существующая теория и т.д. Иными словами, что, на их взгляд, уже начинает меняться и в ближайшие годы станет заметным трендом в их области.
Под катом их развернутые мысли на этот счет, которыми они поделились, за что я им безмерно благодарен.
Итак, какая идея набирает силу?
shvarz
Егор Воронин, Global HIV Vaccine Enterprise (США)
Я буду говорить только о биологии.
Во-первых, стоит отметить меняющуюся роль модельных организмов в изучении биологии человека. Мысль эта не моя и даже не очень новая, я об этом уже писал. Человек становится идеальным организмом для исследований деталей человеческой биологии, в то время как экспериментам на мышах, приматах и прочих животных отводится более базовая роль - изучение общих принципов устройства организмов. Движима эта тенденция разработкой новых методик и технологий, которые позволяют неинвазивно исследовать биологические процессы в организмах, а также осознанием того, что модельные организмы во многом существенно отличаются от человека. Среди иммунологов даже ходит поговорка «мыши врут, обезьяны преувеличивают». В конечном итоге, никакой модельный организм не заменит нам знаний, полученных напрямую из экспериментов человеческого организма.
Для второй тенденции можно провести аналогию с переходом от видения элементарных частиц, как объектов, описываемых ньютоновской механикой, к корпускулярно-волновой теории. Биологические системы требуют передачи сигналов на разных уровнях, от молекулы к молекуле, от клетки к клетке и т.д. Начальный подход к описанию таких систем, который до сих пор доминирует во многих областях, брал за основу детерминистскую систему: «молекула А передает сигнал молекуле Б, которая выполняет некую функцию в ответ на сигнал». Цепочки передачи сигнала могут быть очень длинными, но общее видение такой системы можно уподобить шестеренкам, которые все жестко связаны друг с другом, или бильярдным шарам в ньютоновской механике. Однако изучающим биологические сигнальные системы довольно давно уже известно, что практически все процессы, лежащие в основе передачи сигналов, имеют стохастическую природу. Регулятор транскрипции не является жестким переключателем с абсолютными состояниями «Вкл-Выкл» - это белок, чьи параметры связывания с ДНК меняются количественно, а не качественно. При таком подходе молекула А не передает сигнал молекуле Б, она меняет вероятность того, что молекула Б выполнит некую функцию. Нужная функция может быть выполнена, а может и нет. Стохастичность этих процессов ведет к тому, что в сложных системах, вроде иммунной, мы имеем дело не с четко определенными событиями, а с вероятностными распределениями, вроде того, как описывается волновая природа элементарных частиц в физике. Не существует «идеальной» CD4 клетки с четко-определенным набором функций, существует распределение CD4 клеток с разными фенотипами. У этого распределения есть максимум, который мы обычно ассоциируем с «типичной» CD4 клеткой, но вокруг максимума есть и очень длинные хвосты, в которых CD4 клетки имеют нетипичные фенотипы. Как я уже заметил выше, все это довольно давно уже известно, однако эти концепции до сих пор не нашли своего применения на практике. Отчасти это связано с тем, что до сих пор «первое приближение» было достаточным для описания исследуемых процессов, а отчасти с тем, что такие системы очень сложны и у нас не было технических возможностей их моделировать и предсказывать. Но сейчас это начинает меняться и, я думаю, в ближайшие лет десять серьезно изменит то, как подобные системы изучаются - иммунология существенно преобразится.
eugene_koonin
Евгений Кунин, National Center for Biotechnology Information (NCBI) (США)
С моей точки зрения в последние годы самые удивительные достижения в микробиологии связаны с изучением мира вирусов, а также бактериальных механизмов антивирусной защиты, которые оказались на удивление сложны и разнообразны. Новые данные в области метагеномики вирусов и иммунных систем микроорганизмов приобретают первостепенное значение для нашего понимания эволюции.
Прежде всего, вирусы оказались самыми распространенными объектами в биосфере, а их генетическое разнообразие намного превосходит разнообразие клеточных форм жизни. При этом большая часть этого разнообразия представляет собой генетическую «темную материю», то есть состоит из генов, не имеющих явных гомологов. Более того, среди генов, для которых гомологи все же найдены, большая часть выглядит как более или менее случайные комбинации генов бактерий. Мы пока не знаем, какова природа этой темной материи, доминирующей в мире вирусов. Но можно определенно сказать, что выяснение этого вопроса будет целью ближайших лет.
В этой связи чрезвычайно интересны особые частицы, похожие на вирусы - так называемые агенты переноса генов (gene transfer agents, GTAs). В этих частицах упакованы случайные фрагменты бактериальных хромосом. Недавно было показано, что GTAs весьма эффективно заражают бактериальные маты и служат средством горизонтального переноса генов. Таким образом, масштабы горизонтального переноса в природе могут оказаться намного больше, чем считают сегодня. Вместе с тем можно предположить, что темная материя состоит преимущественно из GTAs. Я ожидаю, что подробности биологии этих частиц и природа темной материи будут выяснены в ближайшие годы. Результатом этого, вероятно, станет серьезная ревизия наших взглядов на структуру биосферы.
Кроме того, GTAs в качестве специализированных агентов горизонтального переноса, похоже, помогут разрешить фундаментальный спор в эволюционной биологии: может ли способность к эволюции эволюционировать? В мире микробов горизонтальный перенос является главным механизмом эволюции. Открытие специальных «приспособлений», способствующих этому процессу, по-видимому, определяет исход спора. Эволюция оптимальной интенсивности горизонтального переноса может оказаться условием выживания микроорганизмов, обходящихся без полового размножения.
На противоположной стороне вечного противостояния вирусов и клеток находятся механизмы адаптивной иммунной защиты. Изучение так называемой CRISPR/Cas системы стало за последние несколько лет небольшим, но очень динамично развивающимся направлением исследований. Пока остается загадочной стадия встраивания чужеродной ДНК в CRISPR локусы. Да и про следующий этап избавления от вируса нам известно немногое. Но не нужно быть провидцем, чтобы предсказать: в ближайшие годы появится подробная картина молекулярных взаимодействий CRISPR/Cas системы, и мы узнаем о ее новых, возможно, очень необычных механизмах. Что менее очевидно, есть ли у этой системы дополнительные функции, скажем, регуляции экспрессии генов или их репарации. Я склонен предполагать, что такие функции будут найдены.
Однако вне зависимости от технических подробностей, CRISPR/Cas система представляет особый интерес с точки зрения понимания эволюции, поскольку реализует ламарковский принцип наследования, что до сих пор рассматривается как табу в эволюционной биологии. Надо отметить, что в мире бактерий и архей существуют и другие системы антивирусной защиты. И у меня нет сомнений, что еще большее количество таких систем будет открыто в ближайшем будущем.
Сочетание исследований вирусов в масштабах всей биосферы с изучением внутриклеточных защитных механизмов позволит нам взглянуть на глобальную картину гонки вооружений между паразитами и их хозяевами, которая идет с самого возникновения жизни и, весьма вероятно, является одним из ключевых эволюционных факторов. Для меня красота этих открытий, помимо удивительных молекулярных механизмов, в том, что они видоизменяют наши основополагающие идеи относительно эволюции.
progenes
Руслана Радчук, The Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (Германия)
Если говорить о глобальной тенденции в молекулярной биологии растений, то мы столкнулись с парадоксальным фактом, когда технологические возможности, связанные с секвенированием геномов и генноинженерными методами переноса генов в растения, существенно опережают знания о конкретной роли тех или иных генов. Таким образом, развитие отрасли идет в двух направлениях, которые на самом деле дополняют друг друга, причем одно из них значительно отстает.
С одной стороны, удешевление секвенирования приводит к накоплению огромного количества генных и геномных последовательностей. Причем громадные массивы полученных данных зачастую остаются необработанными и невостребованными. Например, уже прочитано большое количество геномов, причем по нескольку раз, но последовательности не скомпилированы и не доступны для работы. Причин этому несколько - наличие большого числа нуклеотидных повторов, которые не поддаются обработке стандартными алгоритмами, отсутствие технических мощностей и так далее. Проблема также кроется в особой роли биоинформатиков. Сегодняшняя специфика работы биоинформатиков заключается в том, что перед ними, как и перед другими учеными, ставится задача формирования принципиально нового научного знания. До сих пор таким считалась разработка алгоритмов и статистических методов обработки нуклеотидных последовательностей. Но, похоже, в этой области происходит насыщение знаниями, поэтому роль бионформатиков будет сдвигаться в сторону сервиса. Подобная участь постигла в свое время специалистов в культуре in vitro. Еще каких-то 15 лет тому назад культуральщики занимали важную нишу в растительной биологии. Открытие нового состава среды и введение нового растения in vitro считалось научным прорывом. Этому предшествовало осознание роли гормонов в регуляции клеточной дифференциации и формированию целого ряда основополагающих биологических принципов. Однако сейчас эта отрасль справедливо перекочевала из науки в технологию. То же самое произойдет в будущем и с биоинформатикой.
Другое вышеупомянутое направление в молекулярной биологии - изучение роли отдельных генов. Я не сильно ошибусь, если скажу, что треть генов растений вообще не изучены никак, это белое пятно. Еще у половины генов роль можно теоретически предсказать, но пока экспериментальных подтверждений нет. При этом речь идет всего о нескольких видах растений. Больше всего изучен геном арабидопсиса, а черпать оттуда сведения для пшеницы малопродуктивно. Постепенно будет сворачиваться арабидопсисная эра, и это происходит уже сейчас. Самые прорывные открытия были сделаны на этом модельном объекте, но при этом намного меньше внимания уделялось культурным растениям. Предполагаю, что в будущем тенденция поменяется.
Таким образом, будет продолжаться кропотливое изучение роли и функций отдельных генов у разных видов растений и встраиваться в общую картину генного взаимодействия. Насколько прорывными будут знания, зависит от многого. Во-первых, это зависит от приоритетов в финансировании. Скорее всего, мода на тотальное секвенирование через некоторое время пройдет, во всяком случае в академических учреждениях, но при этом наберет обороты в коммерческих фирмах. Уже сейчас государственные фонды, финансирующие науку, неохотно финансируют технологичные и дорогие проекты и делают упор на оригинальные исследования. При этом все больше фирм предлагают готовое технологичное решение, от ученых требуется осознание и интерпретация полученных результатов.
Прорыв произойдет там, где наткнутся на важный решающий ген, причем вероятнее всего случайно. Буквально несколько примеров горячих точек. Это может быть расшифровка механизма фиксирования азота. Похоже, что молекулярные компоненты для этого процесса присутствуют у многих растений, но, или поломаны, или рассинхронизированы во времени. В унисон с этим механизмом есть еще один селекционный парадокс, связанный с соотношением углерода и азота в композиции семени и отражающий содержания белка. Селекция на повышение урожайности зерновых приводит к повышению содержания углеводородов, как менее энергозатратных запасающих веществ и коррелирует с понижением содержания белка. И наоборот, злаковые с повышенным содержанием белка, как правило, малоурожайные. Регуляция соотношения C к N ключевая не только в производстве зерна, но также очень важна для контроля биодоступности биомассы для энергопроизводства или при компостировании. Молекулярный механизм, регулирующий это соотношение, неизвестен. Если удастся его расшифровать, то это позволит серьезно повысить эффективность растениеводства.
Все это планов громадье может оказаться прекрасной сказкой, поскольку требует не только финансирования, но и понимания и принятия обществом. Я вижу значительные усилия, которые прилагают по крайней мере в Европе по изменению общественного мнения касательно страха перед ГМО. Но их все еще катастрофически недостаточно.
При этом технологии набирают обороты в Индии и Китае. Вполне допускаю вариант развития событий, при которых Европа окажется у разбитого корыта. Наше поколение застало расцвет и упадок космической программы Буран: когда-то на космодромах стояли белоснежные шаттлы, а теперь стоят ржавые конструкции и растет бурьян. Возможно, ржавые секвенаторы будут выглядеть не столь драматично, но картина рисуется мне вполне реалистичной.
sergepolar
Сергей Попов, Астрономический институт имени П.К. Штернберга (МГУ)
Я не смог выделить совсем скрытые тенденции, которые не видны большинству профессионалов в области. Все ниже перечисленное хорошо известно специалистам. Однако не исключаю, что за пределами астрономии заметная часть людей еще не ощутила важность этих трендов.
Во-первых, стоит сказать об открытых данных. В астрономии постепенно проходят времена, когда наблюдатели на крупных международных обсерваториях (особенно космических) могли вечно "сидеть" на своих данных. Сейчас результаты наблюдений довольно быстро становятся открытыми для всего сообщества. Авторам заявки (если наблюдения велись по заявке) дается обычно год на работу с данными, а потом они становятся общедоступными. Во многих обзорных программах данные становятся открытыми сразу. Это все очень важно, так как не только повышает эффективность работы, но и дает уверенность в достоверности, так как результаты могут быть легко перепроверены независимыми конкурирующими группами.
Во-вторых, следует упомянуть сами обзоры. Техника наблюдений и обработки данных во всех диапазонах позволяет теперь проводить быстрые эффективные обзоры неба. Среди проектов в финальной стадии разработки можно выделить LSST и LOFAR. Это оптический и радио обзоры, которые, без сомнения, приведут к ряду существенных открытий. И данное направление в ближайшем будущем будет активно развиваться. Непрерывный глубокий быстрый мониторинг всего неба во всех диапазонах - так будет выглядеть астрономия середины 21-го века.
В-третьих, имея такое огромное количество открытых данных, астрономы разрабатывают эффективные способы работы с ними. Создается так называемая Виртуальная обсерватория. В абсолюте это система, позволяющая в рамках единого эффективного интерфейса работать со всеми полученными за всю историю астрономии данными по данному объекту или области на небе.
Четвертый пункт довольно любопытен. В астрономии появляются эффективные программы по привлечению любителей к работе с данными. Самым известным сейчас является проект Galaxy Zoo. Это довольно неожиданно, так как с развитием компьютерных технологий казалось, что роль человека в обработке данных (если мы не говорим о профессионалах, пишущих программы обработки) будет падать. Однако выяснилось, что можно найти очень эффективные пути привлечения больших масс (десятки и даже сотни тысяч!) людей к работе с оригинальными данными. А результатом являются открытия высокого уровня на переднем краю - не просто еще одна малоинтересная переменная звездочка или никчемный астероид.
Наконец, как мне кажется, есть довольно печальная тенденция (и я сам в некоторой степени являюсь ее жертвой). Она состоит в массовом применении в астрофизике простых, легко понятных моделей вместо сложных проработанных подходов. Видимо, переломить эту тенденцию можно только путем понимания того, что в астрономии нужен большой отдельный класс сильных теоретиков, как это имеет место в физике. А таких специалистов надо специальным образом растить и использовать. С повышением уровня наших знаний, благодаря все более изощренной технике наблюдений, астрофизические модели должны становиться более детальными.
shkrobius
Eli Shkrob, Argonne National Laboratory (США)
Один из моих любимых киноэпизодов - сцена из фильма “The Graduate”. На вечеринке подвыпивший бизнесмен отводит в сторону юного выпускника и отечески его наставляет: «У меня для тебя есть только одно слово, парень, - пластик». Пластмасса и полезна, и прибыльна, но выпускник ищет неизмеримо более важное для себя: любимого человека и свое предназначение. Несоответствие между прагматичным и экзистенциальным огромно, и мы все это знаем в юности.
И вот меня попросили выступить в роли седеющего бизнесмена, передающего слово тайной мудрости. Бес внутри шепчет «пластик», но раз я так или иначе стану горе-оракулом, то могу прислушаться к другому, лучшему голосу. Если выбрать это одно слово, таким словом будет «эволюция». Я не имею в виду непременно биологическую эволюцию. Я имею в виду открытие того, как возникают сложность и разнообразие мира: творчество природы. В последние годы науки стали в большей мере эволюционными. Раньше астрофизики вполне довольствовались прослеживанием жизненных циклов отдельных звезд. Такой подход оказался неудовлетворительным: звезды по-отдельности могут быть поняты не лучше, чем люди по-отдельности. Самая сокровенная тайна, тайна их рождения, не может быть выяснена таким путем. Как следствие, астрофизика стала эволюционной: понимание означает реконструкцию того, как одно событие приводит к цепи последующих изменений, поколение за поколением (например, постепенное изменение химического состава в череде рождения и смерти звезд). Это другой образ мышления по сравнению с тем, что существовал тридцать лет назад. В биологии такой подход имеет очень давнюю историю. Как мне видится, планетарные науки, геохимия и многие другие дисциплины стали эволюционными в силу необходимости и внутренней логики.
Особенность нашего времени в том, что базисные науки тоже становятся эволюционными - просто в силу логики их развития. Примечательно тут только то, что это изменение еще не называют своим именем. Трансформация происходит под неуклюжей вывеской «нанонауки», которая не ухватывает существа происходящего, заключающееся в изменении перспективы. Упор на изучение природных объектов сменяется исследованием объектов, созданных искусственно. Молекулярная биология представляет собой не высшую точку этой новой науки, а служит источником вдохновения: она показывает, что является возможным, и подсказывает, как это может быть реализовано. Потенциал хитроустроенных объектов, способных к развитию еще более сложной организации, вовсе не исчерпывается биологическими системами. Биология «маловата».
Объекты новой науки либо создаются de novo самими учеными (что всегда, кстати, было характерно для химии и материаловедения), либо эти объекты создают себя сами (самосборка), и этот последний аспект превращает новую науку, науку об объектах с возрастающей сложностью, в эволюционную. Такая эволюция будет происходить на наших глазах, в отличие от эволюции давнего, недоступного нам прошлого. "Нанонаука" - не служанка технологии, несмотря на использование искусственных объектов. Ее целью является понимание латентных возможностей, заложенных в природе. Нам не нужно путешествовать на расстояния сотен световых лет, чтобы открыть новые миры. Мы можем создать эти новые миры, используя свое воображение.
Наши тела - огромные наборы наноустройств, "умных материалов" и молекулярных машин. Чтобы понять самих себя, нам надо выучить, как делаются такие устройства. Королевской дороги туда нет. Мы не можем научиться ремеслу на одном примере, как бы чудесен ни был этот пример. Мы должны научиться по шагам, от простого - к сложному, и для этого нужна более широкая перспектива. Такое намерение не утилитарно, а экзистенциально. Мы любим для того, чтобы породить новую жизнь, маленький мир внутри себя. То же самое делает наше искусство. Это же будет делать наша наука. Давайте послушаемся мудрецов, полюбим природу и познаем самих себя, продолжая дело творения. К чему нам «пластик»?
wolf-kitses
Владимир Фридман, биологический ф-т МГУ
В общем случае можно сказать, что «идеи, которые набирают силу», связаны с поиском альтернатив в решении тех до сих пор не решённых общебиологических проблем, которые уже 30-40 лет как пытаются решить при помощи, условно говоря, «программы Гамильтона-Вилсона-Докинза» - радикального редукционизма, пытающегося понять разные эволюционные феномены (как возможны групповые адаптации? устойчивые системы вроде организма и популяции? и т.п.) «снизу вверх», через отбор «эгоистических» и «независимых» элементов, которые могут быть «склеены» им в некое общее целое, но каким-то метафизическим образом сохраняют эту самую «эгоистичность».
1. Идея радикального редукционизма в этологии, популяционной и эволюционной биологии, будучи радикально высказанной, после короткого периода торжества начинает отрицать самоё себя. Это видно уже по попыткам отказаться от отдельных частных концепций, вроде родственного отбора, которые явно не подтверждаются фактами ( 1). Не выдержали они и притязаний на всеобщность.
Скажем, явно не оправдываются утверждения Бэйтмена и Трайверса об универсальности различий инвестирования разных полов в половое поведение и заботу о потомстве, на котором покоятся господствующие сейчас представления о половом отборе. Какой пол инвестирует больше, какой меньше (и соответственно, самки конкурируют за внимание самцов, а самцы выбирают, или наоборот), определяется конкретной "конструкцией" социальной системы разных видов и филогенетической историей группы, определяющей не общие, а локальные причины перехода от одной "конструкции" к другой. Таких фактов много, и их обобщение заставляет Roughgarden et al. (2006) отказываться от идеи полового отбора в пользу более общей идеи отбора социального.
Также думаю, что после таких работ как эта и эта, по генным сетям и гомологическим рядам Вавилова на молекулярном уровне, станет всё более ясно, что генотип - это отнюдь не стохастическая система, вроде людей в толпе, а иерархически организованная система. И в плане жёсткости-многоэтажности организации и управления «сверху вниз» (от организма к генам разных органов и тканей, но не наоборот) генные сети, в общем, не отличаются от прочих морфоструктур, скажем, «рассеянных тканей». Так что будет набирать силу представление, что ген не существует как некая отдельность, которую можно выделить независимо от организма и его функционирования, от напряжений/стрессов, которые испытывает организм в борьбе за существование.
2. Поскольку «программа Гамильтона-Вилсона-Докинза» интеллектуально привлекательна - стройна, логична, красива, последовательна, как всякая замкнутая концепция, её легко принять и отказываться от неё не хочется, то приведение её в соответствие с новыми данными, на которые я ссылаюсь по тексту, позволит понять её действительно полезную роль - не онтологии и не теории, а аналитического инструмента и нулевой гипотезы.
То есть если задать себе вопрос: откуда столь высокая популярность идей «эгоистичных генов» и «отбора генов», высказанных людьми, которые никогда исследований генов не проводили (в то время как проводивший исследования отбора и динамики генофондов в популяциях Алтухов придерживается идей противоположного рода, см. 2), почему многие биологи так держатся за их концепцию, несмотря на множество частных опровержений, то единственный разумный ответ будет то, что они предложили хорошую методологическую идею.
Соответственно, надо продумать как следует, в чём действительно она состоит, и продумав, сменить способ её использования - не как рабочей гипотезы, которая должна подтверждаться в исследованиях, а как гипотезы нулевой, которую надо опровергать, чтобы убедиться в том, что перед нами «хорошо выделенная система», с которой происходит нечто существенное в плане функционирования и/или эволюции.
То есть «программа Гамильтона-Вилсона-Докинза» (с присовокуплением Мэйнарда Смита с Трайверсом) не исчезнет совсем, но сохранится как полезный приём - или - умственный эксперимент, позволяющий допущением предельной «эгоистичности частей» «проверить на излом» соответствующую биосистему - сохранит ли она хороший устойчивость и целостности при такой интенсивности «обмана» и такой концентрации «обманщиков», справятся ли с ними существующие механизмы регуляции и контроля?
3. Будет набирать силу «морфологический подход» к стохастическими системам, прежде всего к популяциям, социуму и виду как системе популяций, определённым образом структурированной в пространстве ареала и отграниченной от аналогичных популяционных систем, составляющих другие виды. Это даст новую жизнь исследованиям процессов регуляции, так что мы сможем больше узнать, каким образом система управляет своими элементами - вроде бы независимыми индивидами, чтобы иметь возможность устойчиво воспроизводить присущий ей специфический паттерн системной структуры вопреки возмущениям извне и напряжениям изнутри. Это позволит распространить на популяцию и социум те представления о структуре, архетипе, форме и гомологии, которые оказались исключительно плодотворны для идеалистической морфологии.
В последние годы накапливается всё больше наблюдений, показывающих, что:
- популяция разных видов обладают «морфологией», в том плане, что популяционная структура, реализуемая в гетерогенном пространстве ареала, типологически определена (см. 3, 4 и 5).
- популяция не исчерпывается ни стохастикой перемещений особей, ни мозаикой группировок (поселений, демов), «запертых» на «островах» подходящих местообитаний (поскольку все естественные местообитания всегда мозаичны, расселение всякого вида носит островной характер, и связано с «архипелагом» подходящих биотопов). Устойчивое воспроизводство видоспецифической структуры отношений придаёт популяции целостность и, действительно, разрозненные популяционные группировки объединены устойчивым потоком нерезидентных особей, постоянное «давление» которого
I. обеспечивает непрерывный отбор резидентов, так чтобы на разных «позициях» в социальной системе - и доминантов, и подчинённых, и среднеранговых особей - с высокой вероятностью оказывались индивиды, по своим качествам наиболее соответствующие «позиции», а все прочие вытеснялись и в составе того же потока направленно перемещались в другие группировки - такие, где их индивидуальные качества будут лучше всего соответствовать социальной среде (см. про сортировку особей по потенциям между популяциями ( 6), из которой следуют групповые адаптации вида в целом, 7).
II. устанавливает границы между разными популяциями даже в однородной среде, позволяет популяции структурироваться в однородных местообитаниях, не имеющих физических барьеров, делает переселения особей между группировками, направленные на повышение приспособленности, детерминированным процессом, определенным образом ориентированным в пространстве ареала (которое в свою очередь, становится столь же анизотропным, как, например, яйцеклетка перед началом дробления или бластула в начале дифференциации, продолжая сравнение с онтогенезом). На эту тему см. работы Н.А.Щипанова по мелким млекопитающим.
III. связывает в одно целое разные части популяции или разные географические популяции, обитающие в разнородных условиях, позволяет им сопряжённым образом реагировать на разнонаправленные средовые тренды в ареале каждой из них. Этим максимизируется устойчивость системного целого и устойчивость воспроизводства специфической пространственно-этологической структуры вида (за счёт некоторого снижения совершенства локальных адаптаций в каждой из частей последнего, не без того).
То есть уже и сейчас новое понятно, надо лишь «иначе сложить кусочки головоломки», которых накоплено натуралистами уже более чем достаточно. А для этого надо менять концепцию, что, как думается, будет постепенно происходить по мере разочарования биологов в геноцентрической концепции эволюции и идее итоговой приспособленности как универсальной валюты для оценивания «платы и выигрыша» от разных «эволюционных решений». Хотя метод, предполагающий такую оценку и требующий её - он безусловно хорош и представляет собой одно из крупнейших достижений «программы Гамильтона-Вилсона-Докинза», в этологии уж как минимум ( 8).
4. В связи с успехами "морфологического подхода" к популяционным системам можно предполагать ренессанс биологической концепции вида, которая нынче находится в сильном забвении ( 9). Но это отдельная необщая тема, которую дальше развивать здесь не стану.
5. Поскольку радикальный редукционизм не смог объяснить эволюционное происхождение групповых адаптаций (или его объяснение требует настолько большой "цены элиминации" ( 10), которую ни один вид не платит в реальности), а вроде бы оппонирующая концепция группового отбора явно неверна, можно ожидать усиления идеи сортировки особей по потенциям вместо отбора по признакам в популяции, понимаемой «морфологически», как струткурно дифференцированное целое п.3.
А это, в свою очередь, усилит позиции идеи, согласно которой более продуктивно рассматривать эволюцию «сверху вниз»: от вида к популяциям, от популяций к особям и от особей - генам, нежели наоборот. И это понятно: если в «хорошо выделенной» системе целое управляет своими частями, и специфический паттерн системной структуры умеет воспроизводиться, несмотря на «возмущения», вносимые независимостью элементов, стохастикой их перемещений внутри системы и т.п., ввиду того, что управляющие воздействия в системе направлены «сверху вниз», то и эволюция будет направлена точно так же. Думаю, что это понимание будет постепенно усиливаться, проясняться и конкретизироваться.
6. Потихоньку станет всё более ясно, что в передаче управляющих воздействий от системного целого к элементам, благодаря чему последние перестают быть «независимыми-эгоистичными», а их перемещения и взаимодействия делаются регулируемыми и направленными, важнейшую роль играет идеальное, объективно существующее в природе ( 11 и 12). Собственно, без последнего подобного рода системная регуляция представляется совсем невозможной, и это понимание, думаю, будет набирать силу. В популяционной системе (или в социуме) это «идеальные формы» видовых сигналов или «идеальная структура» отношений внутри видоспецифической социальной организации. К тому же кругу идей относится понимание генетического кода как своего рода языка, использование которого позволяет «компетентному читателю» генетических «текстов» строить дефинитивный фенотип, которое было развито Б.М.Медниковым. Думаю, оно тоже будет получать всё большее распространение и популярность.
7. Пара слов о небиологических «идеях, набирающих силу». Думаю, всякое существенное изменение представлений о биологической эволюции и других общебиологических концепций имеет свой отклик в социальной жизни - и в идеологиях, и в социальных практиках. Поскольку в современную эпоху идеология всё больше «онаучивается» - чтобы убеждать, должна меньше взывать к эмоциям, больше прибегать к рациональному доказательству, уметь убеждать что «новости с переднего фронта науки на её стороне», то есть эволюционировать от слепой веры к научному мировоззрению.
«Программе Вилсона-Докинза» в биологии в экономике соответствовали неолиберализм, а в подходе к человеку - геноцентризм и биологизаторство. То есть по мере распространения соответствующих идей среди «образованной публики» подавляющее большинство человеческих качеств и способностей считались врождёнными, биологически обусловленными хотя бы в своей основе. Соответственно, главной задачей педагогики, психологии, образования и воспитания, которые до этого считались Bildung, человекоделанием, вылепливанием личности из биологического организма, в последние 30-40 лет стали считаться тестирование и оценка для удобства селекции.
По мере отказа от этой исследовательской программы в пользу противоположной идеи целостности-системоцентризма будет распространяться противоположная идея социальной обусловленности и социальной зависимости человеческих способностей и человеческих качеств. Согласно этой точке зрения «биологическое», «гены» представляет лишь «сырьё», субстрат для развития, некоторое количество структур поведения и морфоструктур, как таёжный охотник оставляет продукты, соль и спички в избушке тем, кто придёт вслед за ним. Но вот совершенству использования этих структур для разрешения разных ситуаций - интеллектуальных, социальных, личностных (как «складывать» из них инструменты социального труда? Чтобы они не только были действенными, но развивали тебя самого) люди учатся у родителей, учителей, друзей, окружения и прочей социальной среды.
С т.з. последней человеческая личность - это не более чем точка пересечения общественных отношений и взаимодействий, формируемая ими как в колонии сифонофор столоны, появляющиеся в разных местах, закономерно формируются в разных специализированных зооидов. Тем более что сейчас, с открытием зеркальных нейронов, уже понятна та психобиологическая инфраструктура, которая опосредует социальные влияния и через которую социальное формирует личность с её качествами, то есть, по выражению Иоахима Бауэра «делает из психологии биологию». См. подробнее 13 и 14.
То есть нас ждёт возвращение педагогики с психологией, обучения и воспитания на прежнее место «делателей человеков», но уже на повышенном основании, обогащённом знанием многих новых биолого-генетических влияний - которые будут понимать не как формирующие и детерминирующие факторы, а как факторы уязвимости или односторонности развития.
В заключение оговорюсь: писал не обо всех идеях из сферы компетенции, которые мне интересны и за которыми слежу, но лишь о тех, которые привлекают внимание, которые мы поддерживаем или отрицаем, которые связаны с развитием наших «любимых теорий». То есть мои собственные предпочтения задают ограниченность и пристрастность взгляда, но плюсов от честного указания собственной позиции всегда больше, поскольку такая позиция есть у всех, и она ограничена у всех примерно в одинаковой степени.
* * *
Я попросил некоторых ученых, имеющих lj, задуматься о десятилетии предстоящем. И задал им следующий вопрос: какая тенденция, которая еще не всем видна, будет увеличивать свое влияние в ближайшие 10 лет? Это может быть другой способ думать об определенных вещах, какой-то метод работы, подход к проблеме, взгляд на действительность, другая оценка известного/неизвестного, уже существующая теория и т.д. Иными словами, что, на их взгляд, уже начинает меняться и в ближайшие годы станет заметным трендом в их области.
Под катом их развернутые мысли на этот счет, которыми они поделились, за что я им безмерно благодарен.
Итак, какая идея набирает силу?
shvarz
Егор Воронин, Global HIV Vaccine Enterprise (США)
Я буду говорить только о биологии.
Во-первых, стоит отметить меняющуюся роль модельных организмов в изучении биологии человека. Мысль эта не моя и даже не очень новая, я об этом уже писал. Человек становится идеальным организмом для исследований деталей человеческой биологии, в то время как экспериментам на мышах, приматах и прочих животных отводится более базовая роль - изучение общих принципов устройства организмов. Движима эта тенденция разработкой новых методик и технологий, которые позволяют неинвазивно исследовать биологические процессы в организмах, а также осознанием того, что модельные организмы во многом существенно отличаются от человека. Среди иммунологов даже ходит поговорка «мыши врут, обезьяны преувеличивают». В конечном итоге, никакой модельный организм не заменит нам знаний, полученных напрямую из экспериментов человеческого организма.
Для второй тенденции можно провести аналогию с переходом от видения элементарных частиц, как объектов, описываемых ньютоновской механикой, к корпускулярно-волновой теории. Биологические системы требуют передачи сигналов на разных уровнях, от молекулы к молекуле, от клетки к клетке и т.д. Начальный подход к описанию таких систем, который до сих пор доминирует во многих областях, брал за основу детерминистскую систему: «молекула А передает сигнал молекуле Б, которая выполняет некую функцию в ответ на сигнал». Цепочки передачи сигнала могут быть очень длинными, но общее видение такой системы можно уподобить шестеренкам, которые все жестко связаны друг с другом, или бильярдным шарам в ньютоновской механике. Однако изучающим биологические сигнальные системы довольно давно уже известно, что практически все процессы, лежащие в основе передачи сигналов, имеют стохастическую природу. Регулятор транскрипции не является жестким переключателем с абсолютными состояниями «Вкл-Выкл» - это белок, чьи параметры связывания с ДНК меняются количественно, а не качественно. При таком подходе молекула А не передает сигнал молекуле Б, она меняет вероятность того, что молекула Б выполнит некую функцию. Нужная функция может быть выполнена, а может и нет. Стохастичность этих процессов ведет к тому, что в сложных системах, вроде иммунной, мы имеем дело не с четко определенными событиями, а с вероятностными распределениями, вроде того, как описывается волновая природа элементарных частиц в физике. Не существует «идеальной» CD4 клетки с четко-определенным набором функций, существует распределение CD4 клеток с разными фенотипами. У этого распределения есть максимум, который мы обычно ассоциируем с «типичной» CD4 клеткой, но вокруг максимума есть и очень длинные хвосты, в которых CD4 клетки имеют нетипичные фенотипы. Как я уже заметил выше, все это довольно давно уже известно, однако эти концепции до сих пор не нашли своего применения на практике. Отчасти это связано с тем, что до сих пор «первое приближение» было достаточным для описания исследуемых процессов, а отчасти с тем, что такие системы очень сложны и у нас не было технических возможностей их моделировать и предсказывать. Но сейчас это начинает меняться и, я думаю, в ближайшие лет десять серьезно изменит то, как подобные системы изучаются - иммунология существенно преобразится.
eugene_koonin
Евгений Кунин, National Center for Biotechnology Information (NCBI) (США)
С моей точки зрения в последние годы самые удивительные достижения в микробиологии связаны с изучением мира вирусов, а также бактериальных механизмов антивирусной защиты, которые оказались на удивление сложны и разнообразны. Новые данные в области метагеномики вирусов и иммунных систем микроорганизмов приобретают первостепенное значение для нашего понимания эволюции.
Прежде всего, вирусы оказались самыми распространенными объектами в биосфере, а их генетическое разнообразие намного превосходит разнообразие клеточных форм жизни. При этом большая часть этого разнообразия представляет собой генетическую «темную материю», то есть состоит из генов, не имеющих явных гомологов. Более того, среди генов, для которых гомологи все же найдены, большая часть выглядит как более или менее случайные комбинации генов бактерий. Мы пока не знаем, какова природа этой темной материи, доминирующей в мире вирусов. Но можно определенно сказать, что выяснение этого вопроса будет целью ближайших лет.
В этой связи чрезвычайно интересны особые частицы, похожие на вирусы - так называемые агенты переноса генов (gene transfer agents, GTAs). В этих частицах упакованы случайные фрагменты бактериальных хромосом. Недавно было показано, что GTAs весьма эффективно заражают бактериальные маты и служат средством горизонтального переноса генов. Таким образом, масштабы горизонтального переноса в природе могут оказаться намного больше, чем считают сегодня. Вместе с тем можно предположить, что темная материя состоит преимущественно из GTAs. Я ожидаю, что подробности биологии этих частиц и природа темной материи будут выяснены в ближайшие годы. Результатом этого, вероятно, станет серьезная ревизия наших взглядов на структуру биосферы.
Кроме того, GTAs в качестве специализированных агентов горизонтального переноса, похоже, помогут разрешить фундаментальный спор в эволюционной биологии: может ли способность к эволюции эволюционировать? В мире микробов горизонтальный перенос является главным механизмом эволюции. Открытие специальных «приспособлений», способствующих этому процессу, по-видимому, определяет исход спора. Эволюция оптимальной интенсивности горизонтального переноса может оказаться условием выживания микроорганизмов, обходящихся без полового размножения.
На противоположной стороне вечного противостояния вирусов и клеток находятся механизмы адаптивной иммунной защиты. Изучение так называемой CRISPR/Cas системы стало за последние несколько лет небольшим, но очень динамично развивающимся направлением исследований. Пока остается загадочной стадия встраивания чужеродной ДНК в CRISPR локусы. Да и про следующий этап избавления от вируса нам известно немногое. Но не нужно быть провидцем, чтобы предсказать: в ближайшие годы появится подробная картина молекулярных взаимодействий CRISPR/Cas системы, и мы узнаем о ее новых, возможно, очень необычных механизмах. Что менее очевидно, есть ли у этой системы дополнительные функции, скажем, регуляции экспрессии генов или их репарации. Я склонен предполагать, что такие функции будут найдены.
Однако вне зависимости от технических подробностей, CRISPR/Cas система представляет особый интерес с точки зрения понимания эволюции, поскольку реализует ламарковский принцип наследования, что до сих пор рассматривается как табу в эволюционной биологии. Надо отметить, что в мире бактерий и архей существуют и другие системы антивирусной защиты. И у меня нет сомнений, что еще большее количество таких систем будет открыто в ближайшем будущем.
Сочетание исследований вирусов в масштабах всей биосферы с изучением внутриклеточных защитных механизмов позволит нам взглянуть на глобальную картину гонки вооружений между паразитами и их хозяевами, которая идет с самого возникновения жизни и, весьма вероятно, является одним из ключевых эволюционных факторов. Для меня красота этих открытий, помимо удивительных молекулярных механизмов, в том, что они видоизменяют наши основополагающие идеи относительно эволюции.
progenes
Руслана Радчук, The Leibniz Institute of Plant Genetics and Crop Plant Research (Германия)
Если говорить о глобальной тенденции в молекулярной биологии растений, то мы столкнулись с парадоксальным фактом, когда технологические возможности, связанные с секвенированием геномов и генноинженерными методами переноса генов в растения, существенно опережают знания о конкретной роли тех или иных генов. Таким образом, развитие отрасли идет в двух направлениях, которые на самом деле дополняют друг друга, причем одно из них значительно отстает.
С одной стороны, удешевление секвенирования приводит к накоплению огромного количества генных и геномных последовательностей. Причем громадные массивы полученных данных зачастую остаются необработанными и невостребованными. Например, уже прочитано большое количество геномов, причем по нескольку раз, но последовательности не скомпилированы и не доступны для работы. Причин этому несколько - наличие большого числа нуклеотидных повторов, которые не поддаются обработке стандартными алгоритмами, отсутствие технических мощностей и так далее. Проблема также кроется в особой роли биоинформатиков. Сегодняшняя специфика работы биоинформатиков заключается в том, что перед ними, как и перед другими учеными, ставится задача формирования принципиально нового научного знания. До сих пор таким считалась разработка алгоритмов и статистических методов обработки нуклеотидных последовательностей. Но, похоже, в этой области происходит насыщение знаниями, поэтому роль бионформатиков будет сдвигаться в сторону сервиса. Подобная участь постигла в свое время специалистов в культуре in vitro. Еще каких-то 15 лет тому назад культуральщики занимали важную нишу в растительной биологии. Открытие нового состава среды и введение нового растения in vitro считалось научным прорывом. Этому предшествовало осознание роли гормонов в регуляции клеточной дифференциации и формированию целого ряда основополагающих биологических принципов. Однако сейчас эта отрасль справедливо перекочевала из науки в технологию. То же самое произойдет в будущем и с биоинформатикой.
Другое вышеупомянутое направление в молекулярной биологии - изучение роли отдельных генов. Я не сильно ошибусь, если скажу, что треть генов растений вообще не изучены никак, это белое пятно. Еще у половины генов роль можно теоретически предсказать, но пока экспериментальных подтверждений нет. При этом речь идет всего о нескольких видах растений. Больше всего изучен геном арабидопсиса, а черпать оттуда сведения для пшеницы малопродуктивно. Постепенно будет сворачиваться арабидопсисная эра, и это происходит уже сейчас. Самые прорывные открытия были сделаны на этом модельном объекте, но при этом намного меньше внимания уделялось культурным растениям. Предполагаю, что в будущем тенденция поменяется.
Таким образом, будет продолжаться кропотливое изучение роли и функций отдельных генов у разных видов растений и встраиваться в общую картину генного взаимодействия. Насколько прорывными будут знания, зависит от многого. Во-первых, это зависит от приоритетов в финансировании. Скорее всего, мода на тотальное секвенирование через некоторое время пройдет, во всяком случае в академических учреждениях, но при этом наберет обороты в коммерческих фирмах. Уже сейчас государственные фонды, финансирующие науку, неохотно финансируют технологичные и дорогие проекты и делают упор на оригинальные исследования. При этом все больше фирм предлагают готовое технологичное решение, от ученых требуется осознание и интерпретация полученных результатов.
Прорыв произойдет там, где наткнутся на важный решающий ген, причем вероятнее всего случайно. Буквально несколько примеров горячих точек. Это может быть расшифровка механизма фиксирования азота. Похоже, что молекулярные компоненты для этого процесса присутствуют у многих растений, но, или поломаны, или рассинхронизированы во времени. В унисон с этим механизмом есть еще один селекционный парадокс, связанный с соотношением углерода и азота в композиции семени и отражающий содержания белка. Селекция на повышение урожайности зерновых приводит к повышению содержания углеводородов, как менее энергозатратных запасающих веществ и коррелирует с понижением содержания белка. И наоборот, злаковые с повышенным содержанием белка, как правило, малоурожайные. Регуляция соотношения C к N ключевая не только в производстве зерна, но также очень важна для контроля биодоступности биомассы для энергопроизводства или при компостировании. Молекулярный механизм, регулирующий это соотношение, неизвестен. Если удастся его расшифровать, то это позволит серьезно повысить эффективность растениеводства.
Все это планов громадье может оказаться прекрасной сказкой, поскольку требует не только финансирования, но и понимания и принятия обществом. Я вижу значительные усилия, которые прилагают по крайней мере в Европе по изменению общественного мнения касательно страха перед ГМО. Но их все еще катастрофически недостаточно.
При этом технологии набирают обороты в Индии и Китае. Вполне допускаю вариант развития событий, при которых Европа окажется у разбитого корыта. Наше поколение застало расцвет и упадок космической программы Буран: когда-то на космодромах стояли белоснежные шаттлы, а теперь стоят ржавые конструкции и растет бурьян. Возможно, ржавые секвенаторы будут выглядеть не столь драматично, но картина рисуется мне вполне реалистичной.
sergepolar
Сергей Попов, Астрономический институт имени П.К. Штернберга (МГУ)
Я не смог выделить совсем скрытые тенденции, которые не видны большинству профессионалов в области. Все ниже перечисленное хорошо известно специалистам. Однако не исключаю, что за пределами астрономии заметная часть людей еще не ощутила важность этих трендов.
Во-первых, стоит сказать об открытых данных. В астрономии постепенно проходят времена, когда наблюдатели на крупных международных обсерваториях (особенно космических) могли вечно "сидеть" на своих данных. Сейчас результаты наблюдений довольно быстро становятся открытыми для всего сообщества. Авторам заявки (если наблюдения велись по заявке) дается обычно год на работу с данными, а потом они становятся общедоступными. Во многих обзорных программах данные становятся открытыми сразу. Это все очень важно, так как не только повышает эффективность работы, но и дает уверенность в достоверности, так как результаты могут быть легко перепроверены независимыми конкурирующими группами.
Во-вторых, следует упомянуть сами обзоры. Техника наблюдений и обработки данных во всех диапазонах позволяет теперь проводить быстрые эффективные обзоры неба. Среди проектов в финальной стадии разработки можно выделить LSST и LOFAR. Это оптический и радио обзоры, которые, без сомнения, приведут к ряду существенных открытий. И данное направление в ближайшем будущем будет активно развиваться. Непрерывный глубокий быстрый мониторинг всего неба во всех диапазонах - так будет выглядеть астрономия середины 21-го века.
В-третьих, имея такое огромное количество открытых данных, астрономы разрабатывают эффективные способы работы с ними. Создается так называемая Виртуальная обсерватория. В абсолюте это система, позволяющая в рамках единого эффективного интерфейса работать со всеми полученными за всю историю астрономии данными по данному объекту или области на небе.
Четвертый пункт довольно любопытен. В астрономии появляются эффективные программы по привлечению любителей к работе с данными. Самым известным сейчас является проект Galaxy Zoo. Это довольно неожиданно, так как с развитием компьютерных технологий казалось, что роль человека в обработке данных (если мы не говорим о профессионалах, пишущих программы обработки) будет падать. Однако выяснилось, что можно найти очень эффективные пути привлечения больших масс (десятки и даже сотни тысяч!) людей к работе с оригинальными данными. А результатом являются открытия высокого уровня на переднем краю - не просто еще одна малоинтересная переменная звездочка или никчемный астероид.
Наконец, как мне кажется, есть довольно печальная тенденция (и я сам в некоторой степени являюсь ее жертвой). Она состоит в массовом применении в астрофизике простых, легко понятных моделей вместо сложных проработанных подходов. Видимо, переломить эту тенденцию можно только путем понимания того, что в астрономии нужен большой отдельный класс сильных теоретиков, как это имеет место в физике. А таких специалистов надо специальным образом растить и использовать. С повышением уровня наших знаний, благодаря все более изощренной технике наблюдений, астрофизические модели должны становиться более детальными.
shkrobius
Eli Shkrob, Argonne National Laboratory (США)
Один из моих любимых киноэпизодов - сцена из фильма “The Graduate”. На вечеринке подвыпивший бизнесмен отводит в сторону юного выпускника и отечески его наставляет: «У меня для тебя есть только одно слово, парень, - пластик». Пластмасса и полезна, и прибыльна, но выпускник ищет неизмеримо более важное для себя: любимого человека и свое предназначение. Несоответствие между прагматичным и экзистенциальным огромно, и мы все это знаем в юности.
И вот меня попросили выступить в роли седеющего бизнесмена, передающего слово тайной мудрости. Бес внутри шепчет «пластик», но раз я так или иначе стану горе-оракулом, то могу прислушаться к другому, лучшему голосу. Если выбрать это одно слово, таким словом будет «эволюция». Я не имею в виду непременно биологическую эволюцию. Я имею в виду открытие того, как возникают сложность и разнообразие мира: творчество природы. В последние годы науки стали в большей мере эволюционными. Раньше астрофизики вполне довольствовались прослеживанием жизненных циклов отдельных звезд. Такой подход оказался неудовлетворительным: звезды по-отдельности могут быть поняты не лучше, чем люди по-отдельности. Самая сокровенная тайна, тайна их рождения, не может быть выяснена таким путем. Как следствие, астрофизика стала эволюционной: понимание означает реконструкцию того, как одно событие приводит к цепи последующих изменений, поколение за поколением (например, постепенное изменение химического состава в череде рождения и смерти звезд). Это другой образ мышления по сравнению с тем, что существовал тридцать лет назад. В биологии такой подход имеет очень давнюю историю. Как мне видится, планетарные науки, геохимия и многие другие дисциплины стали эволюционными в силу необходимости и внутренней логики.
Особенность нашего времени в том, что базисные науки тоже становятся эволюционными - просто в силу логики их развития. Примечательно тут только то, что это изменение еще не называют своим именем. Трансформация происходит под неуклюжей вывеской «нанонауки», которая не ухватывает существа происходящего, заключающееся в изменении перспективы. Упор на изучение природных объектов сменяется исследованием объектов, созданных искусственно. Молекулярная биология представляет собой не высшую точку этой новой науки, а служит источником вдохновения: она показывает, что является возможным, и подсказывает, как это может быть реализовано. Потенциал хитроустроенных объектов, способных к развитию еще более сложной организации, вовсе не исчерпывается биологическими системами. Биология «маловата».
Объекты новой науки либо создаются de novo самими учеными (что всегда, кстати, было характерно для химии и материаловедения), либо эти объекты создают себя сами (самосборка), и этот последний аспект превращает новую науку, науку об объектах с возрастающей сложностью, в эволюционную. Такая эволюция будет происходить на наших глазах, в отличие от эволюции давнего, недоступного нам прошлого. "Нанонаука" - не служанка технологии, несмотря на использование искусственных объектов. Ее целью является понимание латентных возможностей, заложенных в природе. Нам не нужно путешествовать на расстояния сотен световых лет, чтобы открыть новые миры. Мы можем создать эти новые миры, используя свое воображение.
Наши тела - огромные наборы наноустройств, "умных материалов" и молекулярных машин. Чтобы понять самих себя, нам надо выучить, как делаются такие устройства. Королевской дороги туда нет. Мы не можем научиться ремеслу на одном примере, как бы чудесен ни был этот пример. Мы должны научиться по шагам, от простого - к сложному, и для этого нужна более широкая перспектива. Такое намерение не утилитарно, а экзистенциально. Мы любим для того, чтобы породить новую жизнь, маленький мир внутри себя. То же самое делает наше искусство. Это же будет делать наша наука. Давайте послушаемся мудрецов, полюбим природу и познаем самих себя, продолжая дело творения. К чему нам «пластик»?
wolf-kitses
Владимир Фридман, биологический ф-т МГУ
В общем случае можно сказать, что «идеи, которые набирают силу», связаны с поиском альтернатив в решении тех до сих пор не решённых общебиологических проблем, которые уже 30-40 лет как пытаются решить при помощи, условно говоря, «программы Гамильтона-Вилсона-Докинза» - радикального редукционизма, пытающегося понять разные эволюционные феномены (как возможны групповые адаптации? устойчивые системы вроде организма и популяции? и т.п.) «снизу вверх», через отбор «эгоистических» и «независимых» элементов, которые могут быть «склеены» им в некое общее целое, но каким-то метафизическим образом сохраняют эту самую «эгоистичность».
1. Идея радикального редукционизма в этологии, популяционной и эволюционной биологии, будучи радикально высказанной, после короткого периода торжества начинает отрицать самоё себя. Это видно уже по попыткам отказаться от отдельных частных концепций, вроде родственного отбора, которые явно не подтверждаются фактами ( 1). Не выдержали они и притязаний на всеобщность.
Скажем, явно не оправдываются утверждения Бэйтмена и Трайверса об универсальности различий инвестирования разных полов в половое поведение и заботу о потомстве, на котором покоятся господствующие сейчас представления о половом отборе. Какой пол инвестирует больше, какой меньше (и соответственно, самки конкурируют за внимание самцов, а самцы выбирают, или наоборот), определяется конкретной "конструкцией" социальной системы разных видов и филогенетической историей группы, определяющей не общие, а локальные причины перехода от одной "конструкции" к другой. Таких фактов много, и их обобщение заставляет Roughgarden et al. (2006) отказываться от идеи полового отбора в пользу более общей идеи отбора социального.
Также думаю, что после таких работ как эта и эта, по генным сетям и гомологическим рядам Вавилова на молекулярном уровне, станет всё более ясно, что генотип - это отнюдь не стохастическая система, вроде людей в толпе, а иерархически организованная система. И в плане жёсткости-многоэтажности организации и управления «сверху вниз» (от организма к генам разных органов и тканей, но не наоборот) генные сети, в общем, не отличаются от прочих морфоструктур, скажем, «рассеянных тканей». Так что будет набирать силу представление, что ген не существует как некая отдельность, которую можно выделить независимо от организма и его функционирования, от напряжений/стрессов, которые испытывает организм в борьбе за существование.
2. Поскольку «программа Гамильтона-Вилсона-Докинза» интеллектуально привлекательна - стройна, логична, красива, последовательна, как всякая замкнутая концепция, её легко принять и отказываться от неё не хочется, то приведение её в соответствие с новыми данными, на которые я ссылаюсь по тексту, позволит понять её действительно полезную роль - не онтологии и не теории, а аналитического инструмента и нулевой гипотезы.
То есть если задать себе вопрос: откуда столь высокая популярность идей «эгоистичных генов» и «отбора генов», высказанных людьми, которые никогда исследований генов не проводили (в то время как проводивший исследования отбора и динамики генофондов в популяциях Алтухов придерживается идей противоположного рода, см. 2), почему многие биологи так держатся за их концепцию, несмотря на множество частных опровержений, то единственный разумный ответ будет то, что они предложили хорошую методологическую идею.
Соответственно, надо продумать как следует, в чём действительно она состоит, и продумав, сменить способ её использования - не как рабочей гипотезы, которая должна подтверждаться в исследованиях, а как гипотезы нулевой, которую надо опровергать, чтобы убедиться в том, что перед нами «хорошо выделенная система», с которой происходит нечто существенное в плане функционирования и/или эволюции.
То есть «программа Гамильтона-Вилсона-Докинза» (с присовокуплением Мэйнарда Смита с Трайверсом) не исчезнет совсем, но сохранится как полезный приём - или - умственный эксперимент, позволяющий допущением предельной «эгоистичности частей» «проверить на излом» соответствующую биосистему - сохранит ли она хороший устойчивость и целостности при такой интенсивности «обмана» и такой концентрации «обманщиков», справятся ли с ними существующие механизмы регуляции и контроля?
3. Будет набирать силу «морфологический подход» к стохастическими системам, прежде всего к популяциям, социуму и виду как системе популяций, определённым образом структурированной в пространстве ареала и отграниченной от аналогичных популяционных систем, составляющих другие виды. Это даст новую жизнь исследованиям процессов регуляции, так что мы сможем больше узнать, каким образом система управляет своими элементами - вроде бы независимыми индивидами, чтобы иметь возможность устойчиво воспроизводить присущий ей специфический паттерн системной структуры вопреки возмущениям извне и напряжениям изнутри. Это позволит распространить на популяцию и социум те представления о структуре, архетипе, форме и гомологии, которые оказались исключительно плодотворны для идеалистической морфологии.
В последние годы накапливается всё больше наблюдений, показывающих, что:
- популяция разных видов обладают «морфологией», в том плане, что популяционная структура, реализуемая в гетерогенном пространстве ареала, типологически определена (см. 3, 4 и 5).
- популяция не исчерпывается ни стохастикой перемещений особей, ни мозаикой группировок (поселений, демов), «запертых» на «островах» подходящих местообитаний (поскольку все естественные местообитания всегда мозаичны, расселение всякого вида носит островной характер, и связано с «архипелагом» подходящих биотопов). Устойчивое воспроизводство видоспецифической структуры отношений придаёт популяции целостность и, действительно, разрозненные популяционные группировки объединены устойчивым потоком нерезидентных особей, постоянное «давление» которого
I. обеспечивает непрерывный отбор резидентов, так чтобы на разных «позициях» в социальной системе - и доминантов, и подчинённых, и среднеранговых особей - с высокой вероятностью оказывались индивиды, по своим качествам наиболее соответствующие «позиции», а все прочие вытеснялись и в составе того же потока направленно перемещались в другие группировки - такие, где их индивидуальные качества будут лучше всего соответствовать социальной среде (см. про сортировку особей по потенциям между популяциями ( 6), из которой следуют групповые адаптации вида в целом, 7).
II. устанавливает границы между разными популяциями даже в однородной среде, позволяет популяции структурироваться в однородных местообитаниях, не имеющих физических барьеров, делает переселения особей между группировками, направленные на повышение приспособленности, детерминированным процессом, определенным образом ориентированным в пространстве ареала (которое в свою очередь, становится столь же анизотропным, как, например, яйцеклетка перед началом дробления или бластула в начале дифференциации, продолжая сравнение с онтогенезом). На эту тему см. работы Н.А.Щипанова по мелким млекопитающим.
III. связывает в одно целое разные части популяции или разные географические популяции, обитающие в разнородных условиях, позволяет им сопряжённым образом реагировать на разнонаправленные средовые тренды в ареале каждой из них. Этим максимизируется устойчивость системного целого и устойчивость воспроизводства специфической пространственно-этологической структуры вида (за счёт некоторого снижения совершенства локальных адаптаций в каждой из частей последнего, не без того).
То есть уже и сейчас новое понятно, надо лишь «иначе сложить кусочки головоломки», которых накоплено натуралистами уже более чем достаточно. А для этого надо менять концепцию, что, как думается, будет постепенно происходить по мере разочарования биологов в геноцентрической концепции эволюции и идее итоговой приспособленности как универсальной валюты для оценивания «платы и выигрыша» от разных «эволюционных решений». Хотя метод, предполагающий такую оценку и требующий её - он безусловно хорош и представляет собой одно из крупнейших достижений «программы Гамильтона-Вилсона-Докинза», в этологии уж как минимум ( 8).
4. В связи с успехами "морфологического подхода" к популяционным системам можно предполагать ренессанс биологической концепции вида, которая нынче находится в сильном забвении ( 9). Но это отдельная необщая тема, которую дальше развивать здесь не стану.
5. Поскольку радикальный редукционизм не смог объяснить эволюционное происхождение групповых адаптаций (или его объяснение требует настолько большой "цены элиминации" ( 10), которую ни один вид не платит в реальности), а вроде бы оппонирующая концепция группового отбора явно неверна, можно ожидать усиления идеи сортировки особей по потенциям вместо отбора по признакам в популяции, понимаемой «морфологически», как струткурно дифференцированное целое п.3.
А это, в свою очередь, усилит позиции идеи, согласно которой более продуктивно рассматривать эволюцию «сверху вниз»: от вида к популяциям, от популяций к особям и от особей - генам, нежели наоборот. И это понятно: если в «хорошо выделенной» системе целое управляет своими частями, и специфический паттерн системной структуры умеет воспроизводиться, несмотря на «возмущения», вносимые независимостью элементов, стохастикой их перемещений внутри системы и т.п., ввиду того, что управляющие воздействия в системе направлены «сверху вниз», то и эволюция будет направлена точно так же. Думаю, что это понимание будет постепенно усиливаться, проясняться и конкретизироваться.
6. Потихоньку станет всё более ясно, что в передаче управляющих воздействий от системного целого к элементам, благодаря чему последние перестают быть «независимыми-эгоистичными», а их перемещения и взаимодействия делаются регулируемыми и направленными, важнейшую роль играет идеальное, объективно существующее в природе ( 11 и 12). Собственно, без последнего подобного рода системная регуляция представляется совсем невозможной, и это понимание, думаю, будет набирать силу. В популяционной системе (или в социуме) это «идеальные формы» видовых сигналов или «идеальная структура» отношений внутри видоспецифической социальной организации. К тому же кругу идей относится понимание генетического кода как своего рода языка, использование которого позволяет «компетентному читателю» генетических «текстов» строить дефинитивный фенотип, которое было развито Б.М.Медниковым. Думаю, оно тоже будет получать всё большее распространение и популярность.
7. Пара слов о небиологических «идеях, набирающих силу». Думаю, всякое существенное изменение представлений о биологической эволюции и других общебиологических концепций имеет свой отклик в социальной жизни - и в идеологиях, и в социальных практиках. Поскольку в современную эпоху идеология всё больше «онаучивается» - чтобы убеждать, должна меньше взывать к эмоциям, больше прибегать к рациональному доказательству, уметь убеждать что «новости с переднего фронта науки на её стороне», то есть эволюционировать от слепой веры к научному мировоззрению.
«Программе Вилсона-Докинза» в биологии в экономике соответствовали неолиберализм, а в подходе к человеку - геноцентризм и биологизаторство. То есть по мере распространения соответствующих идей среди «образованной публики» подавляющее большинство человеческих качеств и способностей считались врождёнными, биологически обусловленными хотя бы в своей основе. Соответственно, главной задачей педагогики, психологии, образования и воспитания, которые до этого считались Bildung, человекоделанием, вылепливанием личности из биологического организма, в последние 30-40 лет стали считаться тестирование и оценка для удобства селекции.
По мере отказа от этой исследовательской программы в пользу противоположной идеи целостности-системоцентризма будет распространяться противоположная идея социальной обусловленности и социальной зависимости человеческих способностей и человеческих качеств. Согласно этой точке зрения «биологическое», «гены» представляет лишь «сырьё», субстрат для развития, некоторое количество структур поведения и морфоструктур, как таёжный охотник оставляет продукты, соль и спички в избушке тем, кто придёт вслед за ним. Но вот совершенству использования этих структур для разрешения разных ситуаций - интеллектуальных, социальных, личностных (как «складывать» из них инструменты социального труда? Чтобы они не только были действенными, но развивали тебя самого) люди учатся у родителей, учителей, друзей, окружения и прочей социальной среды.
С т.з. последней человеческая личность - это не более чем точка пересечения общественных отношений и взаимодействий, формируемая ими как в колонии сифонофор столоны, появляющиеся в разных местах, закономерно формируются в разных специализированных зооидов. Тем более что сейчас, с открытием зеркальных нейронов, уже понятна та психобиологическая инфраструктура, которая опосредует социальные влияния и через которую социальное формирует личность с её качествами, то есть, по выражению Иоахима Бауэра «делает из психологии биологию». См. подробнее 13 и 14.
То есть нас ждёт возвращение педагогики с психологией, обучения и воспитания на прежнее место «делателей человеков», но уже на повышенном основании, обогащённом знанием многих новых биолого-генетических влияний - которые будут понимать не как формирующие и детерминирующие факторы, а как факторы уязвимости или односторонности развития.
В заключение оговорюсь: писал не обо всех идеях из сферы компетенции, которые мне интересны и за которыми слежу, но лишь о тех, которые привлекают внимание, которые мы поддерживаем или отрицаем, которые связаны с развитием наших «любимых теорий». То есть мои собственные предпочтения задают ограниченность и пристрастность взгляда, но плюсов от честного указания собственной позиции всегда больше, поскольку такая позиция есть у всех, и она ограничена у всех примерно в одинаковой степени.
* * *