Редукция и вырожденность
http://nature-wonder.livejournal.com/161529.html
"А теперь вернемся к вопросу о разных уровнях организации. Как происходит переход от молекул к клеткам? Здесь мне хотелось бы сказать несколько слов о сложности. Вопрос об уровнях организации очень глубок. Еще 10 лет назад думали, что биологические взаимодействия можно визуализировать, как например, цикл Кребса, гликолитический распад углеводов или строение белков, и все станет понятно. В действительности в биологии все гораздо сложнее.
К примеру, я работал над молекулами клеточной адгезии в мозге. Проблема состояла в следующем: все считали, что способ и порядок объ¬единения нервных клеток, вне зависимости от сложности, влияет на то, как человек воспринимает сигналы из окружающей среды, как он думает, дышит, чувствует запахи и выполняет какие-то действия. Но как объединяются эти клетки? Роджер Сперри, ученик Пола Вейсса, получивший Нобелевскую премию 1981 г. за изучение функциональной специализа¬ции полушарий головного мозга, предположил, что клетки объединяются в мозг благодаря коду, действующему чуть ли не на уровне отдельных клеток. Это была так называемая «гипотеза химического сродства».
Позже я думал о том, как работает мозг в целом, как мозгу удается распознавать так много совершенно разных предметов. Возьмем, к примеру, эту комнату. Полную информацию о ней невозможно занести в компьютер — для создания подходящего компьютера не хватило бы материи всей Вселенной. Как же это удается мозгу? Мне стало ясно, что это происходит совершенно не так, как в компьютере. Мозг — не компьютер, и мир — не магнитная лента с однозначным набором сигналов. Я еще раз обращаю Ваше внимание на то, что мы имеем дело с химической системой. Однояйцевые близнецы с одинаковыми иммунными системами реагируют на один и тот же антиген различными антителами, несмотря на то, что их реакции на антиген более схожи, чем реакции разнояйцевых близнецов. Эта проблема мучила меня. Мне казалось, что это главный вопрос: как мы распознаем, как с помощью чувственного восприятия мы можем классифицировать предметы окружающего мира способом, соответствующим особенностям нашего биологического вида?
Вот любопытный пример влияния размышлений о теории на практику. Как-то я сказал себе: «Если Сперри прав, твоя теория о том, что мозг — не компьютер, обречена, найдется код. Так что разберись, как работают молекулы клеточной адгезии. Если ты прав, то ты не дока¬жешь свою теорию, но и не опровергнешь ее. Если теория верна, то молекулы клеточной адгезии будут изменяться в зависимости от их окружения и не будут определяться кодом. В конце концов, их многообразие ограничится несколькими разновидностями, причем на этот отбор должно влиять прошлое данной клетки, а раз так, то даже у однояйцевых близнецов мозг организуется по-разному». Мы с коллегами доказали это. Мы показали, что именно так действуют молекулы клеточной адгезии — динамично и комбинаторно.

Теперь мне хотелось бы поговорить о понятии вырожденности, которое, по моему мнению, так же важно в биологии, как понятие симметрии в физике и химии. Подумайте о проблеме избыточности: вы посылаете в космос ракету, но боитесь, что не найдете там мастерских, и поэтому загружаете в нее пять одинаковых компьютеров. Вы пользуетесь только одним, а когда он выходит из строя, берете другой, любой из оставшихся, у вас их полно. Причем все имеющиеся компьютеры изоморфны.
Вырождение — это другое. Вырожденной я называю систему, в которой неизоморфные структуры выполняют одинаковые функции. Не важно, находятся ли эти структуры на разных уровнях организации, являются ли они молекулами-партнерами с различным строением или представляют собой сеть. Самое потрясающее в биологических системах это то, что различные структуры на разных уровнях организации могут выполнять одну и ту же задачу. Им не предназначено выполнять одну и ту же задачу, ведь эволюция никому ничего не предназначает. Учитывая сложность биологических систем, вырождение неизбежно. Около 30 % мутаций у мух приводят к смерти, но остальные — нет, таких почти 70%. Если бы вырождения не было, все мутации были бы смертельными. Таким образом, вырождение — это очень важный принцип биологии, в особенности для мозга, устройство которого мы пока понимаем отнюдь не полностью.
Любая попытка понять, как устроена сеть сложных биологических реакций, даже если определить каждую из них в терминах единой причин¬ной цепи, в общем случае обречена на неудачу. Биологические системы по своей природе являются вырожденными системами, ведь эволюция не может вернуться к своему началу. Если приспособление затруднено, его нужно облегчить на любом уровне — к структуре что-то должно добавиться. Очень редко, может быть в случае вирусов, встречается упрощение структуры, но обычно нельзя перемотать пленку назад и начать все заново. Так система постепенно усложняется. Большинство мутаций вредны. По своей природе они случайны или почти случайны, а поэтому как можно не дать им вывести организм из строя? Ответ таков: на каждом уровне организации биологических систем встречается вырождение как результат сложного устройства этих систем. Это чрезвычайно интересно, поскольку это означает, что нужно измерять величину сложности так же, как мы измеряем термодинамические величины в цикле Карно. Возможно, разработка теории сложности займет много времени, но нам нужны меры сложности и величина, связывающая сложность и вырожденность. Как раз этим я сейчас и занимаюсь.

И, наконец, поговорим о редукционизме. Любая наука методологически должна быть редукционистской. Однако, размышляя о вырожденных системах, нужно помнить, что каждый человек уникален и не может быть описан набором молекул и их взаимодействий. Мне рассказывали, что когда Эйнштейна спросили: «Как Вы думаете, наука всемогуща?», старый лис улыбнулся и ответил: «Возможно, но какой в этом прок? Все равно, что сводить симфонию Бетховена к изменению атмосферного давления».
Однажды я поспорил с физиком Стивом Вайнбергом, который утверждал, что, в конечном счете, все должно сводиться к некоему исходному суперсимметричному уравнению, объединяющему все четыре фундаментальных взаимодействия. Мне это кажется просто глупостью. Мой контраргумент состоит в том, что законы физики, может быть, не менялись еще со времен Большого взрыва, но первоначальные условия были далеки от равновесных. Поскольку все мы согласны, что Большой взрыв скорее всего имел место, и мы далеки от равновесия, история не впол¬не однозначна из-за изменяющихся граничных условий.
Вайнберг очень критично отнесся к моему очерку о «Глупом редукционизме». Он сказал: «Эдельман не понимает, что все кроме исторических случайностей нужно связывать с теорией четырех взаимодействий». На что я отвечал: «Вайнберг, Вы историческая случайность, как и я, и вся эволюция». Проблема в этом. Биология крутится вокруг исторических случайностей, но парадокс состоит в том, что они представляют собой сложные химические системы. Эти химические и биологические системы благодаря сложности и вырождению устроены таким образом, что могут отображаться на непредвиденные обстоятельства. Поэтому убеждение в том, что можно получить нестатистическую редукцию, неверно. То есть биология неопределенна настолько, что для получения полного представления об этих химических системах высокого порядка требуются статистические методы. И это неизбежно.
Ее нельзя свести к идеальной простой схеме, как, например, электронную цепь. Здесь нет ничего мистического, но это, конечно же, интригует."

http://n-t.ru/nl/mf/edelman.htm Gerald М. Edelman Нобелевская премия по физиологии и медицине (1972) Фрагмент интервью.