Голубовский М. Д.

ВЕК ГЕНЕТИКИ: ЭВОЛЮЦИЯ ИДЕЙ И ПОНЯТИЙ

Научно-исторические очерки

Санкт-Петербург

Борей Арт

2000

Golubovsky M. D.

The Century of Genetics: Evolution of ideas and concepts

Scientific-Historical Essays

Saint-Petersburg

Borey Art

2000

УДК 5.75

ББК 28.04

Голубовский М. Д.

Век генетики: эволюция идей и понятий. — СПб.: Борей Арт, 2000. — с. 262.

ISBN 5-7187-0304-3

На основе нетрадиционных подходов в истории науки проанализирован ряд парадоксов в драматической вековой истории генетики, начиная с судьбы законов Менделя и кончая долгим непризнанием идей первооткрывателя подвижных элементов Барбары МакКлинток. Задержки или лаг-период в 25–30 лет в признании новых идей истолкованы как нормальный в науке феномен, имманентно связанный с природой самого научного творчества и поведением научного сообщества. Показано, что в сложном взаимодействии генетики с дарвиновской теорией эволюции каждый крупный шаг в развитии генетики приводил к ограничению постулатов селектогенеза (дарвинизма) и признанию важности номогенетического компонента. Подробно проанализированы резкие изменения в системе взглядов на организацию генома и формы наследственной изменчивости, вызванные серией непредсказуемых открытий 70–80-х годов. Показана важная роль принципа облигатности – факультативности в структуре и функции генома и разных форм неканонической (не мутационной) наследственной изменчивости. Впервые сопоставлены постулаты классической и современной генетики, ведущие к ревизии ряда давно и прочно устоявшихся положений, например, о ненаследовании возникших в ходе онтогенеза признаков. Специальная глава посвящена значению явлений в области неканонической наследственной изменчивости для теории и практики медицины.

Рецензенты:

доктор биологических наук Я. М. Галл

доктор биологических наук А. Л. Юдин

Golubovsky M. D. The Century of Genetics: Evolution of Ideas and Concepts

The book contains historical and scientific analysis of new discoveries in genetics, their impact on theory of evolution and medicine. The main attention is given to drastic changes on eukaryotic genome organization and hereditary variation since last 15–20 years.

There were detailly overviewed series of unpredictable discoveries that gave birth to the conception of dynamic genome. The new conceptual approach to the description of eukaryotic hereditary system is presented, so called obligate—facultative principle in organization and function of hereditary system. The set of postulates of both>

The book is orientated on biologists, medical geneticists and students interested in history and essence of current genetics.

Reviewers: Professors Ya. M. Gall and A. L. Yudin

ISBN 5-7187-0304-3

© M. Д. Голубовский, 2000

© M. D. Golubovsky, 2000

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение.....................................................................................................................8

Глава 1. Историко-методологическне основания исследования..................17

1.1. О полярных подходах к истории науки: диалог.........................................17

1.2. Концепция личностного знания...................................................................19

1.2.1. Неявное знание и его особая роль в биологии....................................19

1.2.2. Концептуальные открытия....................................................................21

1.2.3. Комплекс Пигмалиона и принцип сочувствия....................................24

1.2.4. Обратное соотношение между правильностью и точностью............27

1.3. Плюралистическая методология в истории науки.....................................29

1.3.1. Принцип несовместимости и контраста...............................................29

1.3.2. Многообразие эвристик. Особенности биологии......:.........................32

Глава 2. Генетика и теория эволюции. Динамика взаимодействия.............38

2.1. Синтетическая теория эволюции. Традиции и утраты..............................41

2.2. Генетический антидарвинизм в период становления генетики................44

2.2.1. Номогенетический аспект законов Менделя.......................................46

2.2.2. Ограничение сферы отбора: понятия генотипа и фенотипа..............50

2.2.3. Мутационная теория де Фриза в аспекте видообразования...............51

2.2.4. Мутационное видообразование и биогеография. Исследования Виллиса и их оценка де Фризом...........................................................59

2.2.5. Номогенетические аспекты закона гомологических рядов................63

2.2.6. Неадаптивные процессы в эволюции...................................................66

2.2.7. О восприятии концепции макроэволюции...........................................67

2.2.8. Заключение по разделу 2.2....................................................................74

2.3. Неполнота хромосомной теории наследственности как фундамента СТЭ............................................................................................76

2.3.1. Понятие "мутация": дилемма точности и полноты............................77

2.3.2. Концепция "главной молекулы" и редукционизм..............;...............78

Глава 3. Переход от классической к "подвижной" генетике на рубеже 80-х годов..............................................................................................81

3.1. Количество ДНК в эволюции видов или С-парадокс................................81

3.2. Методическая революция в молекулярной генетике................................82

3.3. История открытия мобильных элементов..................................................84

3.3.1. Первые попытки анализа нестабильных генов (1914—1941)..............85

3.3.2. Гипотеза МакКлинток и отношение к ней...........................................87

3.3.3. Инсерционный мутагенез и вспышки мутаций у дрозофилы............89

3.3.4. Открытие мобильных элементов у прокариот и их иерархия...........91

3.3.5. Мобильные гены эукариот: случайность и целевой поиск................92

3.4. Мозаичность генов эукариот: непредсказуемое открытие.......................96

3.4.1. "Почему гены кусками?" — необычная судьба заметки Гилберта.....97

3.5. Дискуссия по эгоистичной ДНК................................................................100

3.6. Что есть ген?: от Моргана до наших дней........:.......................................102

3.7. Общее заключение. Сопоставление парадигм в генетике......................110

Глава 4. Обобщенная концепция генома. Облигатно-факультативный принцип структуры и функции........................................113

4.1. О семантической динамике понятий. Примеры из генетики..................113

4.2. О понятиях "наследственность", "генотип" и "геном"...........................114

4.3. Системные свойства клетки.......................................................................117

4.4. Подразделение генома на две подсистемы. Облигатный и факультативный компоненты........................................................................119

4.4.1. Взаимодействие облигатного и факультативного компонентов.....122

4.5. Два компонента генотипа — две формы наследственной изменчивости. Мугации и вариации................................................................124

4.6. Эпигенетическая изменчивость.................................................................127

4.6.1. Динамическая наследственность: теоретические предпосылки......127

4.6.2. Концепция эпигена: понятийная и логическая схема.......................132

4.6.3. Транспозоны и эпигены.......................................................................134

4.6.4. Эпигенетические изменения структуры хромосом...........................136

4.7. Сопоставление трех форм изменчивости; мутационной, вариационной и эпигенетической.....................................................................143

Глава 5. Некоторые проблемы теории эволюции в их соотношении с современной генетикой....................................................................................147

5.1. Наследственные изменения как процесс. Вехи познания.......................147

5.1.1. Наследственные изменения как ошибки матричных и генетических процессов..............................................................................150

5.1.2. Адаптивные преобразования генома в ответ на вызов среды..........157

5.1.3. Дискуссия об адаптивных или отбор-зависимых мутациях............161

5.2. Ревизия проблемы наследования приобретенных признаков.................166

5.2.1. Факультативные элементы и наследование приобретенных признаков........................................................................................................168

5.2.2. Передача в ряду поколений эпигенетических изменений. Опыты П. Г. Светлова....................................................................................172

5.2.3. Наследственные изменения и пищевой режим.................................173

5.2.4. Динамическая память и наследование приобретенных признаков......174

5.3. Наследственность и инфекция. Горизонтальный перенос и симбиоз...175

5.4. Вирусы и информационный обмена в биосфере.....................................184

5.5. Информационный фактор в эволюции.....................................................189

5.6. Автогенез на уровне ДНК и хромосом, эволюционно-генетический потенциал и видообразование...........................................................................195

5.7. Заключение. Наследственная изменчивость в классической и современной генетике.....................................................................................201

Глава 6. Некоторые историко-научные уроки...........................................203

6.1. Лаг-период "непризнания" в 25 и более лет – инварианта для судьбы крупных открытий.........................................................................203

6.2. Сопоставление судьбы открытий Менделя и МакКлинток....................204

6.3. О причинах непризнания открытия Барбары МакКлинток....................211

Глава 7. Медицинская генетика и неканонические формы наследования...........................................................................................218

7.1. Мобильные элементы, ретровирусы и наследственные изменения.......218

7.2. Наследственные изменения и онтогенез...................................................223

7.3. Переключение генов и импринтинг в аспекте медицинской генетики.......225

7.3.1. Эпигенетика детерминации пола........................................................226

7.3.2. Инактивация Х-хромосомы как эпигенетическое изменение..........229

7.3.3. Геномный импринтинг и аномалии оплодотворения.......................231

7.3.4. Импринтинг хромосом и генов...........................................................235

7.4. Новый тип нестабильных мутаций............................................................236

7.4.1 Экспансия повторов: парадоксы нестабильности..............................237

Общее заключение...............................................................................................240

Литература............................................................................................................244

ВВЕДЕНИЕ

Генетика оформилась как наука в начале XX века после переоткрытия законов Менделя. Бурный вековой период ее развития ознаменован в последние годы расшифровкой нуклеотидного состава геномной ДНК десятков видов вирусов, бактерий, грибов и вслед за ними ряда многоклеточных организмов — растение арабидопсис, Arabidopsis thaliana, круглый червь нематода Caenorhabditis elegans, два вида мушки-дрозофилы. Полным ходом идет секвенирование ДНК хромосом важных культурных растений — риса, кукурузы, пшеницы. В 2000 году в рамках международной программы был полностью расшифрован нуклеотидный состав двух хромосом человека (21-я и 22-ая пары) и вчерне секвенирован вариант всего генома. Эти биотехнологические достижения можно сравнить, пожалуй, с выходом человека в космос и высадкой на луну.

Генная терапия наследственных болезней, производство генетически измененных форм растений, успешное соматическое клонирование млекопитающих (овечка Долли), появление молекулярной палеогенетики — другие впечатляющие реалии науки в конце ее 100-летней истории. Генетическая инженерия и биотехнология с ясностью их методов, задач и публичной эффектностью успехов трансформировали облик генетики. Вот один эпизод. После 1998 г., как пишут авторы современной сводки (Баранов В. и др., 2000), "началась беспрецедентная гонка между 1100 учеными мирового сообщества проекта "Геном человека" и частной акционерной фирмой "Celera Genomics", — гонка, кто первым секвенирует весь хромосомный геном человека. Фирма, сконцентрировав мощную компьютерную базу и робототехнику, вырвалась вперед. Однако ее явные намерения извлекать выгоду от патентования состава фрагментов ДНК человека были благоразумно приостановлены вердиктом: "Что создано Природой и Богом, не может патентоваться человеком".

Мог ли представить такую фантасмагорическую картину гонки основатель генетики Грегор Мендель, неспешно проводя год за годом в тиши монастырского садика свои опыты по выяснению законов наследования признаков? Финансирование гонки и участие в ней тысяч специалистов основаны прежде всего на постулате или вере, что в генетике и биологии сейчас нет ничего более настоятельного, нежели тотальная расшифровка нуклеотидного состава ДНК: это напрямую может решить главные загадки и проблемы генетики и биологии в целом. Как золотой ключик от потайной кладовой в сказке о Буратино. Но упования о золотом ключике столкнулись с непредвиденной реальностью и парадоксами. Оказалось, что лишь 3–5% генома человека кодирует белки и, возможно, еще около 20% участвует в регуляции действия генов в ходе развития. Какова же функция и есть ли она у остальных фракций 75 % ДНК генома, остается совершенно не ясным. Гены в геноме сравнивает с небольшими островами в море неактивных неинформационных последовательностей. Не привели ли в какой-то степени колоссальные усилия по тотальному секвенированию геномов к сказочной ситуации — принести то, не зная чего?

С особой остротой высветилась и другая, более принципиальная проблема: а все ли наследственные изменения клеток и организмов связаны с изменениями ДНК? После расшифровки генетического кода и механизмов синтеза белка, после успехов генной инженерии трудно было не поддаться соблазну, что уже достигнуто практически полное знание о природе наследственности. Большинство исследователей оказалось плохо подготовленными к пониманию смысла и значения ряда экзотических и трудно объяснимых явлений в области неканонической (неменделевской и неморгановской) наследственной изменчивости. Неожиданно в конце XX века вопрос о том, каковы границы и спектр наследственной изменчивости, вышел за рамки чисто академических дискуссий. Годы 1996–2000, возможно, войдут в историю и такими событиями, когда одно из явлений неканонической наследственности стало вдруг предметом острых политэкономических дебатов глав правительств и парламентариев Европы.

Речь идет об эпидемии болезни "бешеных коров". Эта болезнь стала распространяться в Англии в 80-е годы после регулярных добавок в корм коров белков из утилизированных голов овец, среди которых встречались овцы, больные нейродегенеративной болезнью (скрэпи или почесуха). В свою очередь, сходная болезнь начала передаваться людям при поедании мяса больных коров. Оказалось, что инфекционным агентом являются не ДНК или РНК, а белки, названные прионами (от англ, prions — protein infectious particles — белковые инфекционные частицы). Проникая в клетку-хозяина, прионы навязывают свою болезнетворную конформацию нормальным белкам-аналогам. Открыватель прионов С. Прузинер (Нобелевская премия 1997 г.) в итоговой статье вспоминал о "большом скепсисе", который в начале 80-х годов вызвала его идея о том, что "инфекционные агенты состоят из белков и ничего более. В то время это положение было еретическим. Догма требовала, чтобы носители трансмиссивных болезней имели генетический материал — ДНК или РНК" (Prusiner, 1995).

Как это не раз бывало в разные периоды истории науки, некие исключения из общепринятых схем, досадные облачки или экзотика оказывались распространенными в природе явлениями. Так случилось и с прионами. Впервые с ними исследователи столкнулись еще в 60-е годы. Однако в то время генетическая семантика прионов не была адекватно распознана, и их поведение атрибутировалось в рамках классических генетических представлений ("медленные вирусы" животных или особый тип супрессорных мутаций у дрожжей). Теперь выясняется, "феномен прионов не является экзотикой, характерной для млекопитающих, а скорее — частным случаем общебиологического механизма, лежащего в основе эпигенетического наследования" (Инге–Вечтомов, 2000). "Центральную догму" молекулярной биологии приходится ревизовать и внести возможность копирования, модифицирования и межвидовой горизонтальной (по типу инфекций) передачи наследуемой конформации белков.

Для историка науки здесь любопытен парадокс, почему в такой стремительно развивающейся области, как молекулярная биология, свободная конкуренция идей зачастую уступает место догмам, которые прокламируются, быстро принимаются абсолютным большинством на веру, ревниво охраняются как миф, но вскоре оказываются ограниченными или несостоятельными. Один из возможных диагнозов назвал патриарх молекулярной биологии, член Национальной академии наук США Эрвин Чаргафф (родился в 1905 году в г. Черновицы, окончил Венский университет). С его именем связано открытие в начале 50-х годов регулярности в парных соотношениях пуриновых и пиримидиновых оснований в молекулах нуклеиновых кислот. Это знаменитое "правило Чаргаффа" явилось предтечей открытия двойной спирали ДНК. Чаргафф в ряде своих критических эссе ностальгически вспоминает об ушедшей атмосфере и ценностях золотого века науки: "Тогда еще можно было ставить эксперименты в прежнем смысле этого слова. Сейчас все трудятся над "проектами", результат которых должен быть известен заранее, иначе не удастся отчитаться в непомерных ассигнованиях, которых требуют эти проекты... Никто не опасался, что его немедленно ограбят, как это почти неминуемо происходит сейчас. Симпозиумов тогда созывалось немного, а их участники не представляли собой полчища голодной саранчи, жаждущей новых областей, куда можно еще вторгнуться" (Чаргафф, 1989).

Чаргафф с тонким сарказмом описывает первородный грех, который сопутствовал рождению и становлению молекулярной биологии после открытия двойной спирали ДНК. "Одно из главных несчастий моего времени — манипулирование человечеством с помощью рекламы. В области науки эта злая сила долгое время не проявляла себя. Однако, к тому времени, когда появилась на свет молекулярная биология, все механизмы рекламы были готовы к бою. И вот тут-то сатурналия и разыгралась в полную силу. Все трудности, например, даже сейчас не очень понятный механизм расплетания гигантских двуспиральных структур в условиях живой клетки, просто отбрасывались с той самоуверенностью, которая позднее так ярко проявилась в нашей научной литературе. Это был тот самый дух, который вскоре принес нам "центральную догму", против чего я выступил, по-моему, первым, потому что никогда не любил наставников-гуру, пусть даже и с докторским дипломом. Я увидел в этом первые ростки чего-то нового, какой-то нормативной биологии, которая повелевает природе вести себя в соответствии с нашими моделями" (Чаргафф, 1989).

Мнение Чаргаффа, при всей его саркастической меткости и красивых метафорах все же настоено на личных вкусах и преференциях. Ведь вполне естественна эмоциональная реакция сообщества, если сделано важное открытие или крупное достижение в сфере науки и техники. Людям свойственен комплекс Пигмалиона. Однако, в современных условиях действительно происходит резкое усиление действия "демона авторитетов" благодаря быстроте и легкости телекоммуникаций. Другая причина возникновения скоротечных догм, отмеченная Чаргаффом, связана с неизбежной специализацией и понижением общебиологического тезауруса и интереса к истории и методологии науки.

Уместно привести сходное саркастическое высказывание другого известного молекулярного биолога старшего поколения Сиднея Бреннера. Немецкий генетик Мюллер-Хилл, автор вышедшей в 1996 г. книги об истории открытия оперонов у бактерий, сетует, что для молодых исследователей история науки как бы не существует, и они не представляют себе длинного и извилистого пути, приведшего к современному уровню знаний. В рецензии на эту книгу С. Бреннер с характерным английским юмором пишет, что он придерживается иной точки зрения: нет, история науки входит в круг интересов молодых молекулярных биологов, но только они делят ее на две эпохи: последние два года и все остальное до того (Brenner S., 1997).

Классик отечественной цитофизиологии В. Я. Александров обычно охлаждал пыл не в меру ретивых молодых молекулярных биологов "образца 70-х годов" напоминанием, что, например, за привычной, вошедшей во все учебники схемой "информационная РНК переходит из ядра в цитоплазму" — скрывается бездна нашего незнания. Александров оказался пророком. На рубеже 90-х годов была осознана многоступенчатость и сложность явлений внутри- и межклеточного транспорта макромолекул.

Открытие в 1953 г. двойной структуры ДНК было несомненным ярким триумфом менделизма и хромосомной теории наследственности. Однако, вновь обращаясь к мудрой мысли В. Я. Александрова, динамика науки такова, что за успехи в одной области часто приходится расплачиваться забвением или пренебрежением к другим не менее важным областям. Так и случилось после 1953 года. С этого времени всякое наследственное изменение стало связываться исключительно с изменением в тексте ДНК или в структуре хромосом (генные, хромосомные и геномные мутации). Такого рода мутации считались редкими, случайными неупорядоченными событиями. Эти свойства отождествлялись вообще с любыми наследственными изменениями и легли в основу традиционных постдарвиновских схем эволюции. Описанные же ранее и вновь обнаруживаемые разного рода не мутационные наследственные изменения, к примеру, связанные со свойствами цитоплазмы, считались редкостью и были вытеснены на периферию (Sapp, 1987).

Именно приверженность большинства генетиков догме во многом объясняет неприятие или долгое недоверие к открытию Барбарой МакКлинток (начало 50-х годов) мобильных генетических элементов и опосредованных ими неканонических наследственных изменений. Поскольку эти элементы нельзя было в то время точно локализовать, подсчитать и "материализовать", то их существование ставилось под сомнение или считалось какой-то редкой аномалией.

Не вписывались в моргановскую парадигму и изменения в области динамической (эпигенетической) наследственности. Еще в 1955 г. на симпозиуме "Химические основы наследственности" исследователь генетики простейших Дэвид Нэнни привел факты о распространенности у простейших индуцируемых средой и достаточно легко обратимых определенных наследственных изменениях. Нэнни выступил против абсолютизации концепции "главных молекул". Теперь сфера эпигенетических изменений резко расширилась — эффект положения, импринтинг, глушение генов при трансгенозе.

Тотальное секвенирование геномной ДНК вовсе не избавило от вечных вопросов, что же считать геном, каковы их границы и сколько их в геноме. Не исключено, что "после завершения программы "Геном человека" определение понятия "ген" будет снова подвергнуто ревизии" (Баранов В. С. и др., 2000). Вековая семантическая динамика понятий "ген" и "мутация" достойны особого изучения. Интересный и содержательный анализ этой динамики за первые 65 лет развития генетики сделан в книге "Ген. Критическая история", написанной учеником нобелевского лауреата Дж. Меллера Аланом Карлсоном (Carlson A., 1966). Этой же проблеме, как она видится после новых открытий в молекулярной генетике, посвящена вышедшая в 2000 году в Кэмбридже коллективная монография исследователи из разных стран, красноречиво названная "Концепция гена в развитии и эволюции. Исторические и эпистемологические переспективы" (The Concept of the Gene in Development and Evolution. Historical and Epistemological Perspectives, 2000). Проблематика этой книги во многом созвучна настоящим очеркам.

Чтобы дать представление о глубине трансформации и ревизии многих классических понятий и представлений в генетике, воспользуемся приемом контраста и метафор: "Устойчивость генонемы подобна устойчивости атома. Как атом "равнодушен" к своему пребыванию в молекуле, так "равнодушен" к своему окружению ген. Ни наличие разнообразных наборов в других локусах, ни наличие отличающегося от него партнера в другой хромосоме в том самом локусе, где лежит он сам, не меняют химического состава гена. Безотносительно к тому, осуществил он свое действие в биосинтезе или его команды оказались заглушенными сигналами, которые подают другие гены, он передается в неизменном виде из поколения в поколение и вероятность его передачи ни в какой связи с его участием в биосинтезе не стоит. Как атом кислорода не хранит воспоминания о своем пребывании в составе воды, или углекислоты, или оксида кремния, так не хранит воспоминания о своем прошлом ген" (Берг, 1993, с. 259).

В этом ярком метафоричном описании основных постулатов классической генетики почти все сейчас подлежит ревизии (Голубовский, 1994, 1999). Устойчивость генонемы или нити ДНК в составе хромосом вовсе не подобна устойчивости атома, а регулируется целой системой ферментов, контролирующих три матричных процесса — Репликацию, Транскрипцию и Трансляцию, и три собственно генетических процесса — Репарацию, Рекомбинацию и Сегрегацию нитей ДНК и хромосом. Обнаружены и каждый год открываются новые "гены метаболизма ДНК". Их белковые продукты образуют комплексы, которые следят за устойчивостью нитей ДНК, надежностью их репликации и рекомбинации, корректируют однонитевые и двунитевые повреждения. В свою очередь, степень активности этих комплексов весьма чувствительна к физиологическому статусу клетки. Устойчивость ДНК и темп мутаций могут в случае клеточного стресса меняться в десятки и сотни раз.

Партнер в гомологичном локусе хромосомы способен изменять характер активности гена–гомолога, вызывая его химическую модификацию (степень метилирования оснований ДНК) или характер его экспрессии в ряду клеточных поколений. Сюда относятся феномены парамутации, трансвекции и разнообразные, так называемые, гомолог-зависимые эффекты. Гены эукариот способны хранить память о своем прошлом, например, о том, побывали ли они в составе мужского или женского генотипа — и, соответственно, химически модифицироваться, меняя при этом характер своей активности. Этот феномен известен как генный и хромосомный импринтинг.

Сложный характер упаковки нуклеопротеидных комплексов в составе хромосом также модулирует работу генов вплоть до полного их глушения (gene silencing). Учитывая эпигенетическую модуляцию в проявлении и выражении любого наследственного признака, загодя нельзя сказать, связан ли данный фенотип со структурными изменениями в тексте ДНК или с изменениями состояния генов, степенью их активности на уровнях транскрипции или трансляции. Регуляция состояний генетических локусов образует сферу динамической или эпигенетической наследственности. Здесь возможны массовые определенные обратимые наследственные изменения, индуцируемые обычными средовыми факторами.

Если взять вышедшее в 1985 году второе издание авторитетной сводки "Гены" Б. Льюина (1987), используемое во всем мире как одно из основных руководств в области молекулярной генетики, то в списке терминов мы не найдем "импринтинг", "парамутация", "сайленсинг" и даже обобщающего понятия "эпигенетика" или "эпигенетические изменения". Но вот прошло около 10 лет и под эгидой известной лаборатории в Колд Спринт Харборе, где долгие годы работала МакКлинток, вышла специальная коллективная сводка "Эпигенетические механизмы генной регуляции" ("Epigenetic Mechanisms of Gene Regulation", 1997). Очень характерно посвящение книги:

"This book is dedicated to Barbara McClintock, who lived to see epi–genetics become a recognized discipline, and also to numerous investigators who contributed to the field before the importance of epigenetic mechanisms was widely understood" {"Книга посвящена Барбаре МакКлинток, которой удалось при жизни увидеть эпигенетику признанной дисциплиной, а также многим другим исследователям, работавшим в этой области, прежде чем эпигенетика стала общепризнана"). Благодатное поле для историков генетики — проследить за становлением и признанием идей в области эпигенетики.

Настоящие очерки имеют гибридный и несколько эклектичный характер. Изложение во многом основано на личном опыте автора в области экспериментального исследования явлений мутационного процесса, генной нестабильности в природе и поведения мобильных элементов. Хотелось также осмыслить другие аспекты проблематики непостоянства генома. Мне представлялось интересным взглянуть на трансформацию представлений, конфликты и парадоксы в истории генетики с оригинальных историко-научных позиций, обсуждаемых в работах А. А. Любищева (1975, 1982, 2000). Концепция личностного знания, развитая известным физико-химиком и историком науки М. Полани (1985), нетрадиционные подходы эпистемолога Л. Фейерабенда, а также идеи, высказанные в работах философа и культуролога Ю. А. Шрейдера оказались не только созвучны моим эмоционально–интуитивным ощущениям и переживаниям, но и вполне продуктивными в попытках по новому взглянуть на некоторые парадоксы в истории генетики.

Очерки по своему жанру вовсе не претендуют на какой-либо всеобъемлющий анализ проблемы, обозначенной в названии книги. Они во многом пристрастны и субъективны. Очерки были готовы к печати в 1996 году, но публикация стала возможной лишь в 2000 г. Я внес лишь необходимые уточнения и новые ссылки. Что касается выбора сюжетов и их истолкования, то я вполне следовал тезису И. Лакатоса (1978): "История науки есть история событий, выбранных и интерпретированных каким-то нормативным образом".

Подходом к анализу проблем истории науки и общим стилем я во многом обязан Александру Александровичу Любищеву (1890–1972), его статьи, книги и память о личном общении оказывают на меня глубокое влияние и ныне. Многие общегенетические вопросы, затронутые в очерках, обсуждались в беседах с Владимиром Яковлевичем Александровым (1906–1995), его мудрость и оригинальные концепции в области цитофизиологии и клеточной регуляции помогли мне в попытке целостного описания наследственной системы. В. Я. Александров первым внимательно и благосклонно прочел начальный вариант рукописи.

Я глубоко благодарен Роману Вениаминовичу Хесину (1922–1985) за постоянный интерес и поддержку моих экспериментальных исследований по нестабильности генов и вспышкам мутаций в природе, а также за личные встречи, обсуждения. Выход в свет в 1984 года его труда "Непостоянство генома" повлиял на всю атмосферу эволюционно-генетической проблематики; без знакомства с этой выдающейся книгой трудно представить адекватную ориентацию в области современной генетики и сопредельных с ней аспектов эволюции.

Особую признательность за многолетние плодотворные дискуссии, бесконечную доброжелательность я хотел бы выразить моему коллеге и другу Л. 3. Кайданову (1936–1998), безвременно ушедшему из жизни. Длительное общение и затем сотрудничество с Р. Н. Чураевым позволило глубже уяснить разные аспекты динамической наследственности и выдвинутую им концепцию эпигена. Очень помогли советами и замечаниями рецензенты рукописи Я. М. Галл и А. Л. Юдин, исследования которого в области эпигенетической наследственности не перестают поражать меня своей красотой и убедительностью.

Неизменную творческую и организационную поддержку в публикации материалов очерков оказывал Э. И. Колчинский. Неожиданный неподдельный интерес к проблематике очерков, убеждение в необходимости их публикации и помощь в этом отношении далекого от генетики молодого эволюционного физиолога А. Ю. Богдановой позволили мне преодолеть скепсис и поверить, что усилия, потраченные на публикацию, не окажутся напрасным "бесплодным жаром".

Несомненно, вся работа была бы невозможна без многолетней интеллектуальной и эмоциональной поддержки, воодушевления и творческого соучастия со стороны И. Н. Голубовской. Я очень благодарен моей дочери Ю. М. Голубовской за творческую компьютерную помощь при подготовке рукописи.

Глава 1. Историко-методологические основания исследования

"Научные идеи не могут не стареть, не стареют лишь лженаучные — они гибнут, минуя фазу старения"

В. Я. Александров

"Реактивность клеток и белки"

"Я не нахожу природу столь прямолинейной и рациональной. Что меня изумляет — это не ее элегантность и совершенство, но скорее ее состояние: она такова, как она есть и никакая другая. Я представляю природу в виде хорошенькой девушки. Благородной, но не совсем опрятной. Немного взбалмошной. Немного бестолковой в работе. Делающей то, что она может, тем, что находится у нее под рукой. Отсюда исходит моя готовность к самым непредсказуемым ситуациям."

Франсуа Жакоб

"The stature within. An autobiography"

1.1. О полярных подходах к истории науки: диалог

По удивительному совпадению в 1975 г. были опубликованы историко-научные размышления биофизика и молекулярного биолога М. В. Волькенштейна, названные "Трактат о лженауке" и "Уроки истории науки" зоолога–эволюциониста и философа А. А. Любищева (Волькенштейн 1975; Любищев 1975). Взгляды двух ученых, обсуждающих одни и те же методологические проблемы биологии и науки в целом, оказались столь полярными, что их высказывания можно представить в виде своеобразного эпистолярного диалога:

М. В.: Ценность относительной истины абсолютна. То, что однажды добыто наукой останется навсегда. Познание движется неравномерно, но поступательно.

А. А.: Возможен и другой взгляд на развитие науки, при котором прогресс науки не сводится к накоплению достоверных истин, а рассматривается как смена целых систем научных и философских постулатов.

М. В.: Попытки возрождения уже опровергнутых представлений имеют лженаучный характер.

А. А.: Прошлое науки — не кладбище с могильными плитами, а собрание недостроенных архитектурных ансамблей, многие из которых были незакончены не из-за порочности замысла, а из-за несвоевременного рождения проекта или из-за чрезмерной самоуверенности строителей.

М. В.: Да, бывали случаи в истории науки, когда первоклассные открытия не получали признания крупных ученых. Сейчас такие случаи становятся редкими, ибо научные методы развиты всесторонне и наука делается коллективно.

А. А.: Каждый период смотрит свысока на предыдущий и высказывает против него то, что впоследствии будет сказано о нем самом... Слишком соблазнительно уверовать в правоту сегодняшних научных концепций, в то, что, наконец-то, здание науки стоит на безупречном фундаменте и нуждается лишь в планомерной достройке.

Понятию "лженаука" в трактате М. В. Волькенштейна придается такой расширительный смысл, что в разряд ее попадает и то, "что противоречит ранее установленным фактам и закономерностям", и работы, которые написаны специалистами в других областях или дилетантами, и даже работы, в которых есть "попытки возрождения уже опровергнутых представлений". М. В. Волькенштейн полагает, что теперь, когда "научные методы развиты всесторонне и наука делается коллективно", можно легко отделить факты от артефактов и отнести определенные взгляды к лженауке. В полном соответствии с таким подходом (его можно назвать традиционным, или позитивистским), он упоминает о парапсихологии как о "хорошо известном направлении лженауки" и высказывает твердое убеждение, что по аналогии со вторым началом термодинамики нет смысла дискутировать по поводу "закона наследования приобретенных признаков". И предлагается: бороться и не публиковать! (Волькенштейн, 1975).

Но у генетика возникает, к примеру, вопрос: кто и как сформулировал упомянутый закон, какова сфера его действий и ограничений? Ни в современных учебниках, ни в "Генетическом и цитогенетическом словаре" (1967) упоминаний о таком законе нет. Вот законы Менделя есть! Проблема наследования приобретенных в ходе онтогенеза признаков или модификаций могла считаться закрытой в рамках классической моргановской генетики, где все наследственные изменения сводились к мутациям. Но организация наследственной системы и сценарии наследственных изменений оказались гораздо разнообразнее, допуская и наследование онтогенетических вариаций (Хесин, 1984; Голубовский, 1985, 1999). Вполне закономерно, что вышедший в конце 1991 года международный ежегодник по генетике открывается статьей Отто Ландмана "Наследование приобретенных признаков" (Landman, 1991). Автор рассматривает около 10-и систем, где экспериментально установлен этот феномен. Статья написана спокойно без ажиотажа, в ней старые и новые факты сводятся в систему, используя современное молекулярное истолкование. Несомненно, необходима ревизия этой давней проблемы (Голубовский, 2000). Далее мы вернемся к ее рассмотрению.

Вызвало возражение и безапелляционное отвержение М. В. Волькенштейном некоторых направлений биофизики (Шноль С. Э., 1982). Традиционный подход, столь ярко представленный в "Трактате о лженауке", отличает вера в обладание объективным знанием, ригоризм и стремление отгородиться от нестандартных видов познавательной деятельности. Критика традиционного взгляда о том, что в науке путь к истине один, а лишь заблуждений много, была высказана А. А. Любищевым еще в 1925 г., (впервые, пожалуй, в отечественной биологии и истории науки) в его большой статье: "О природе наследственных факторов" (Любищев А. А., 1925). Более подробно его мысли были развиты в опубликованной уже после смерти работе "Уроки истории науки", подготовленной к печати математиком, философом и культурологом Ю. А. Шрейдером (Любищев, 1975; 2000; Шрейдер Ю., 1982).

А. А. Любищева можно считать предтечей произошедшей в 60-е годы в философии и гносеологии резкой смены представлений об основаниях, целях и принципах развития науки, о том, где проходит граница и есть ли она между научным и ненаучным знанием (см. сборник "Заблуждающийся разум", 1990). Особенно интересны концептуальные подходы М. Полани (1985) и Пауля Фейерабенда (1986), которые представляются мне весьма продуктивными при анализе динамики развития генетики, смены ее постулатов и драматичного взаимодействия с теорией эволюции.

1.2. Концепция личностного знания

1.2.1. Неявное знание и его особая роль в биологии

М. Полани (1891–1976), английский философ и историк науки, в первый период своей научной деятельности успешно работавший в области физико-химии, уже в предисловии своей книги "Личностное знание" (опубликована впервые в 1958 г., русский перевод 1985 г.), ясно заявляет о своей позиции: "Я отказался от идеала научной беспристрастности. В точных науках этот ложный идеал, пожалуй, не приносит большого вреда, поскольку ученые им нередко пренебрегают. Но в биологии, психологии и социологии его влияние оказывается разрушительным, искажающим все наше мировоззрение даже за пределами собственно науки" (М. Полани 1986, с. 18). Стержень концепции М. Полани — существование двух типов знания — явного, вербализуемого, выражаемого в словах и знаках, и неявного знания, скрытого, подразумеваемого или имплицитного.

Целостные свойства сложной системы не могут быть познаны лишь изучением отдельных элементов. Постижение целостных свойств невозможно без интуиции, субъективного отношения к объекту познания. Многими фактами из истории науки М. Полани обосновывает тезис, что в каждом акте познания присутствует страстный вклад познающей личности. Это не добавка, а необходимый элемент знания об объекте. Неявное знание не вербализуется, а существует как предчувствие, предсознание, в форме персональных символов или образов. Эти неявные личностные элементы осознаются не сами по себе, а лишь посредством их вклада в постижение целого. Неявное знание не осознается даже самим исследователем, экспертом. Иными словами, не только два пишем – три в уме, а зачастую просто не осознаем или не ведаем сколько "в уме". Знание систематики о морфологии вида и различиях между близкими видами, знание топографии тела, которым обладает хирург, или оценка сложной позиции шахматным мастером — все это относится к невербализуемому, подсознательному знанию.

Специалисты могут сформулировать некоторые общие принципы своей работы и указать на ключевые моменты своей практической деятельности, но "знают они все же гораздо больше, чем могут выразить в словах, они знают эти принципы и признаки практически, не эксплицитно, не как объекты, а в качестве инструментов, неразрывно связанных, с их интеллектуальными усилиями, направленными на постижение той ситуации, с которой сталкиваются. И в этом своем качестве периферическое знание невыразимо в словах" (Полани, 1985, с. 130).

Справедливость концепции личностного знания подтвердилась в работах по использованию ЭВМ в качестве средства представления знаний, которые привели к рождению новой научной дисциплины — когнитологии. Когнитология исследует способы выявления, вербализации, представления в виде логических символов знаний от эксперта–профессионала. Здесь-то и выяснилось, что эксперт, знания которого хотят заложить в машину, не знает сам не только границ своего знания, но и не всегда в состоянии по своей воле вызвать любой фрагмент своего знания и поставить его под контроль сознания. "От эксперта нельзя требовать и соотнесения своего знания с общепринятыми мнениями других экспертов, нельзя требовать обоснования его собственных суждений" (Шрейдер, 1986). Задача когнитолога — особыми приемами приблизиться к неявному знанию, слитому с личностью эксперта.

1.2.2. Концептуальные открытия

Интеллектуальное превосходство человека над животными состоит прежде всего в возможности языкового представления, мыслительного процесса, а, во-вторых, в оперировании знаками, символами. "Символическая, словесная презентация открывает возможность оперировать символами и понятиями и резко расширяет интеллектуальные возможности человека. Почему же мы позволяем нашим понятиям направлять весь ход и течение наших мыслей? Потому что верим, что присущая им рациональность является залогом того, что они соприкасаются с реальностью, схватывают какие-то ее аспекты", — делает вывод М. Полани (Ibid., с. 153).

М. Полани вводит важное для истории науки понятие "концептуальное открытие". Оно представляет собой удачный способ выразить неявное знание или неявно принимаемое допущение в ясной, доступной для других знаковой форме. Например, в истории химии такое концептуальное открытие было сделано итальянским химиком Станислао Канницаро (1826–1910), предложившим четко разграничить понятия "атом", "молекула", "эквивалент". На 1-м Международном конгрессе химиков в Карлсруэ (1860 г.) он убедил химиков стать на позиции атомно-молекулярного учения, внеся ясность в запутанный вопрос о различии атомных, молекулярных и эквивалентных весов. Сегодня так же трудно представить, почему химики столь долго пользовались неточными понятиями, как решив задачу-головоломку, снова стать перед ней в тупик, — пишет М. Полани.

В истории генетики очень велика была роль концептуальных открытий, к которым следует отнести введение новых терминов, понятий, способов представления данных, символики, а также собственно концептуальных конструктов и открытий. Уже Г. Г. Мендель ввел буквенную символику для обозначения разных факторов и обозначения фенотипически контрастных и отличающихся по характеру доминантности–рецессивности состояний одного и того же наследственного фактора. Это дало возможность представить в ясной форме характер наследования признаков в ряду поколений, установить количественные закономерности расщепления и анализировать его сложные случаи. Удивительна судьба понятия "ген". Оно было предложено В. Иогансеном в 1909 г., три года спустя после введения У. Бэтсоном термина "генетика". За сорок лет до появления понятия "ген" Ч. Дарвин в 1868 году предложил "временную гипотезу" пангенеза, согласно которой все клетки организма отделяют от себя особые частицы или геммулы, а из них, в свою очередь, образуются половые клетки. Затем Гуго де Фриз в 1889 г., спустя 20 лет после Ч. Дарвина, выдвинул свою гипотезу внутриклеточного пангенеза и ввел термин "панген" для обозначения имеющихся в клетках материальных частиц, которые отвечают за вполне конкретные отдельные наследственные свойства, характерные для данного вида. Геммулы Ч. Дарвина представляли ткани и органы, пангены де Фриза соответствовали наследственным признакам внутри вида.

Еще через.20 лет датский физиолог и генетик растений Вильгельм Иогансен счел "удобным пользоваться только второй частью термина де Фриза "ген" и заменить им неопределенное понятие "зачатка", "детерминанта", "наследственного фактора" (Иогансен, 1933, с. 122). При этом он решительно подчеркивал, что "этот термин совершенно не связан ни с какими гипотезами и имеет преимущество вследствие своей краткости и легкости, с которой его можно комбинировать с другими обозначениями". В. Иогансен сразу же образовал ключевое производное понятие "генотип" для обозначения наследственной конституции гамет и зигот в противоположность фенотипу. Термин "ген" получил распространение в значительной степени именно вследствие своих чисто знаковых, символических преимуществ. Он был использован и амплифицирован Т. Морганом, будучи "материализован" в его хромосомной теории наследственности как локус хромосомы.

Сам В. Иогансен до конца жизни вполне скептически относился к жесткой связи генов как элементарных единиц генотипа с локусами хромосом (этот скепсис оказался оправданным в перспективе). С некоторым смущением в июле 1926 г. он пишет в предисловии к третьему немецкому изданию, что "мое маленькое словечко "ген" в его отчетливом значении, по-видимому, пользуется теперь всеобщим признанием; и после того, как Т. Морган его вновь ввел в употребление, я его применяю в этих лекциях везде там, где оно уместнее, чем имеющее несколько смыслов слово "фактор" (Иогансен, 1933). Удачным оказалось и другая терминологическая новация В. Иогансена: он удалил окончание "морф" от термина В. Бэтсона "аллеломорф" и стал говорить просто об аллельных генах или аллелях.

В 1995 году американский генетик Эдвард Льюис получил Нобелевскую премию за исследование гомеозисных генов, которые определяют характер сегментации тела (план строения) у беспозвоночных и позвоночных животных. В кратком очерке истории проблемы он отдает дань В. Бэтсону, обладавшему удивительным чувством языка и способностью к удачной терминологизации и символизации явлений в области наследственности и изменчивости (Lewis, 1994). Наряду с номинацией самой науки генетики, В. Бэтсон изобрел термины гомо- и гетерозигота. И он же предложил термины "меристические признаки" и "гомеозис". В 1929 г. Е. И. Балкашина опубликовала на немецком языке исследование по феногенетике открытой ею мутации aristopedia у дрозофилы. Она пришла к выводу, что гомеозис может быть двух разных типов и обозначила каждый из них немецким термином. Но это важное подразделение вместе с терминологией осталось незамеченным, и Э. Льюис выражает сожаление, что В. Бэтсону не удалось дожить до этого открытия: уж он бы изобрел удачные англоязычные термины для открытия Е. И. Балкашиной и тем самым в определенной мере определил бы направление исследований (Lewis, 1994).

Таким образом, при историко-научном анализе целесообразно выделять два типа открытий или достижений: 1) прямым образом основанных на экспериментальных данных и 2) открытий концептуальных, элементарным актом которых является введение новой символики, терминологии, понятия. Приведу некоторые примеры из истории генетики.

Рождение популяционной генетики датируется появлением в 1926 г. статьи С. С. Четверикова. В этой статье была развита целая серия концептуальных представлений, которые затем вскоре были замечательным образом экспериментально подтверждены. К таковым относятся представления о "мутационном давлении", о насыщении каждого вида гетерозиготными рецессивными мутациями, вследствии постоянно идущего мутационного процесса, о постоянно меняющейся "генотипической среде", на фоне которой происходит реализация каждого гена. Концептуальные открытия С. С. Четверикова на десятилетия определили направление экспериментальных работ в этой области. (Бабков, 1986; Воронцов Н., Голубовский, 1990).

Историко-научный подход позволил выделить и другие концептуальные открытия, сделанные в области популяционной и эволюционной генетики учениками и последователями С. С. Четверикова (Golubovsky, Kaidanov, 1994). К таковым можно отнести: концепцию генофонда и геногеографии, концепцию дрейфа генов или генетико-автоматических процессов. В сферу важных концептуальных нововведений входит формулирование принципов генетического анализа и системы терминов, необходимых для описания фенотипической реализации генотипа (пенетрантность, экспрессивность, специфичность, поле действия гена, генетическая конституция), концептуальная разработка цитогенетических методов контроля численности популяций насекомых-вредителей.

Замечательным примером чисто концептуального открытия является формулировка Г. Меллером в 40-х годах концепции "компенсации дозы гена". Г. Меллер исходил из хорошо известных к тому времени фактов важности дозы гена для его действия и проявления в системе генотипа. Однако до Меллера никто ясно не формулировал мысль, что организмы, у которых система определения пола основана на различии в числе половых хромосом, должны выработать определенный точный механизм компенсации дозы генов, локализованных в половых хромосомах. Например, женские особи у мух-дрозофил и у человека имеют конституцию XX, а мужские особи — XY. Y-хромосома на 90% генетически инертна и, стало быть, дефицит дозы генов Х-хромосомы у самцов должен быть каким-то образом сбалансирован. Сформулированный Меллером концептуальный принцип на десятилетия определил экспериментальные поиски механизмов компенсации дозы у разных видов.

Оказалось, что в эволюции осуществляются разные сценарии. Так, у человека одна из двух Х-хромосом в ходе онтогенеза инактивируется, причем неактивна в разных тканях и органах то одна, то другая из двух Х-хромосом. Поэтому женские особи у млекопитающих в отношении действия генов Х-хромосом мозаичны. У дрозофил повышена вдвое активность каждого гена в Х-хромосоме самцов по сравнению с самками. А плоские черви выбрали другой сценарий — понизили в два раза активность дозы генов Х-хромосом у самок. Этот пример, между прочим, иллюстрирует нередкий в эволюции живых организмов принцип: единство целого при свободе частей (Любищев, 1982).

1.2.3. Комплекс Пигмалиона и принцип сочувствия

Понятие "личностное знание" включает в себя не только то, что каждый исследователь и специалист в своем деле знает больше, чем может словесно выразить (явное, вербализуемое знание и имплицитное), но и то, как он познает и как осуществляет выбор из хаоса фактов. Науку нельзя считать чем-то объективным, независимо от ее эмоциональных корней. Страстность в науке, аргументирует М. Полани, это не просто субъективно-психологический побочный эффект, она имеет самостоятельный интеллектуальный характер и неразрывно связана с самой сутью познания. Именно эмоции, чувство интеллектуально прекрасного дают возможность различения фактов или концепций, имеющих или не имеющих научный интерес, и формируют чувство научной ценности.

Когда мы создаем понятие, пишет М. Полани, "Пигмалион, живущий в нас, всегда готов пойти вслед за своим творением" готов относиться к нему как к воплощающему физическую, материальную реальность. (Полани, 1986, с. 153).

Можно выделить три степени научного постижения: 1) знание о каком-либо явлении или теории; 2) понимание с достаточной глубиной этого явления; 3) эмоциональное отношение, личностное переживание. Для иллюстрации приведу одно любопытное место из переписки двух выдающихся генетиков Б. Л. Астаурова и С. Н. Давиденкова. Астауров пишет о своем истолковании феномена неполно проявляющихся признаков и об отсутствии корреляции в проявлении многих билатеральных признаков на правой и левой сторонах тела при казалось бы полной идентичности в этом случае генотипа и среды. Когда Б. Л. Астауров открыл это явление, он, по его словам, "был ошеломлен парадоксальностью наблюдения". Выход был найден в постулировании третьей причинной стороны изменчивости (помимо генотипа и среды), связанной со случайностями сложного многостадийного процесса реализации признака, с выбором на каждой стадии нормального или мутантного хода развития. Эту идею Б. Л. Астаурова затем с успехом применил В. П. Эфроимсон для объяснения сильного разброса в проявлении и выражении генетически зависимых психологических патологий, вызванных независимой реализацией мутантного признака на правом и левом полушарии мозга. Чтобы оценить идею Б. Л. Астаурова, мало было знать о ней, надо было ее "прочувствовать". Так и пишет Б. Л. Астауров в 1949 г. в письме к С. Н. Давиденкову: "По опыту я знаю, что изложенные мной соображения далеко "не прочувствованы" даже весьма искушенными генетиками-теоретиками и притом даже теми наиболее проницательными из них, которые не только сделали основной вклад в анализ неполно проявляющихся признаков, но и сумели усмотреть их значение для области невропатологии" (Астауров, 1978, с. 134).

Чувство убежденности, что обнаруженная закономерность или концептуальный конструкт истинны, открывает новые грани реальности, сопутствует настоящему творчеству. Отсюда следует, что не упреком, а похвалой будет звучать реплика, что исследователь относится к своему открытию или гипотезе как Пигмалион к Галатее. Иначе и быть не может. Недаром даже всемогущий Господь на шестой день своих творений не смог сдержать восклицания, что "это хорошо!".

На седьмой день сотворения мира Господь почил ото всех дел. А у человека — исследователя, творца возникает естественное стремление убедить других в открывшейся красоте. Именно подобные эмоции двигали Менделем, когда он в первых же строках своей известной работы писал о "поразительной красоте" соотношений в потомстве гибридов. И он продолжал верить, несмотря на неполноту данных, в реальность существования дискретных наследственных факторов. Точно так же, спустя сто лет, Б. МакКлинток не сомневалась в реальности подвижных "контролирующих элементов", несмотря на 25-летний скепсис научного сообщества. Сопоставление научных судеб этих двух Пигмалионов генетики будет сделано в предпоследней главе.

Здесь важно отметить, что стремление убеждать других — естественный порыв первооткрывателя. Но тут возникает следующая проблема. В той мере, в какой открыватель предался новому видению, он отделил себя от других, мыслящих в старом наборе представлений и понятий или парадигме по терминологии Т. Куна (1977). "Сторонники новой системы взглядов могут убедить свою аудиторию только посредством завоевания ее интеллектуальной симпатии по отношению к доктрине. Те, кто слушает с сочувствием (выделено мной — М. Г.), смогут открыть для себя то, чего они в противоположном случае никогда бы не поняли. Такое принятие нового есть эвристический процесс, акт, в котором личность изменяет себя" (Полани, 1986, с. 217). Эта трудность восприятия нового невольно напоминает известные строки Ф. Тютчева: "Как сердцу высказать себя? //Другому как понять тебя? //Поймет ли он, чем ты живешь? //Мысль изреченная есть ложь."

С. В. Мейен провозгласил "принцип сочувствия" не только как необходимый элемент на пути признания новых открытий, но и как необходимый элемент научной этики. Не отвергать с порога непривычные идеи и построения, а стараться поставить себя на место оппонента, проявить "со-интуицию", "со-чувствие" (Мейен, 1977; Гаманьков, 1990). В рабочих заметках, которые С. В. Мейен хотел развить до книги "Триумф и трагедия человеческого духа" есть важное пояснение принципа сочувствия, сделанное в 1975 году: "Необходимое условие развития науки — понимание. Всякая проблема решается сначала интуитивно. Но почему-то усвоение чужой точки зрения мыслится только дискурсивно. Именно это — главное препятствие к взаимопониманию, а отсюда к комплементарности идей, снятию антиномий. Стало быть, надо разрушать эту тенденцию непременного "единомыслия", заменив ее тенденцией "сочувствия"... Но это невозможно без изменения этического климата в науке. В то же время этический климат не изменится без сочувствия. В любом случае главный путь — пропаганда неагрессивности в науке, это единственная возможность что-то решить, понять, осветить" (цит. по Баранцев, 2000).

1.2.4. Обратное соотношение между правильностью и точностью

Диалектика соотношения точности и правильности в развитии науки — интересная философская и эпистемологическая проблема. Применительно к биологии она глубоко обсуждается в работах А Любищева (1982, 2000). В области математической статистики и биометрии известна антитеза: увеличивая точность, мы теряем правильность, при стремлении к правильности, полноте картины излишняя точность может быть нежелательна (Баранцев, Калинин, 1982).

В философском и историко-научном аспекте проблема соотношения точности и правильности отражает две традиции в познании: стремление к математизации знания и натурфилософское стремление к целостности видения (Шрейдер, 1982). Точность описания связана с верифицируемостью, а правильность — с глубиной проникновения в суть явления.

Поучительным примером тонкого соотношения между правильностью и точностью может служить полемика В. Иогансена с Ф. Гальтоном и К. Пирсоном, основателями биометрии. Последние еще до Г. Менделя на основании одних только статистических методов предложили свою концепцию наследования признаков, которая оказалась ложной в отношении чистых линий. Вывод В. Иогансена: "В каждом отдельном случае статистической обработке должен предшествовать биологический анализ, иначе общий результат окажется биологическим не ценным, т. е. лишь "статистической ложью". Математика должна оказывать помощь, а не служить в качестве руководящей идеи" (Иогансен, 1933, с. 103).

Существуют определенные пределы необходимости устанавливать точность фактов. М. Полани приводит поучительный пример из истории физики. В 1914 г. У. Т. Ричардсу присудили Нобелевскую премию за высокоточное определение атомных весов, и с тех пор его результаты никогда не оспаривались. Однако после открытия изотопов, входящих в состав разных природных элементов в разных соотношениях, ценность подобных расчетов резко изменилась. И в 1932 г. Фредерик Содди писал, что подобные измерения "представляют интерес и значение не больше, чем если определить средний вес коллекции бутылок, из которых одни полные, а другие в той или иной мере опорожнены" (цит.: Полани М., 1985, с. 198).

Подобная же ситуация случилась в геносистематике — направлении, появившемся в 60-е годы и основанном на приложении молекулярных методов сопоставления степени сходства и различия в структуре ДНК и белков у разных видов. На бактериях было показано, что метод гибридизации ДНК позволяет количественно оценить степень сходства двух нитей ДНК и долю гомологичных последовательностей. В середине 70-х годов господствовало убеждение: что верно для бактерии, то верно для слона. Имплицитно основываясь на этом принципе, было выполнено множество работ по тотальной гибридизации препаратов ДНК на высших организмах (эукариотах) с целью сопоставить характер эволюции на уровне ДНК и морфологическом. Предполагалось, что любые изменения в ДНК имеют эволюционные последствия, и причем они первостепенны, важнее морфологических и иных. Однако, когда было выполнено множество опытов по оценке сходства тотальной ДНК, неожиданно стало ясно, что у эукариот до 90% генома могут составлять не входящие в состав генов повторенные последовательности, количество и топография которых могут значительно варьировать даже у разных особей одного вида. И таким образом точный молекулярный метод тотальной гибридизации ДНК стал давать сбои в смысле правильности и надежности его использования для оценки филогенетического родства организмов (Антонов, 1983).

Сходные трудности выявились и при использовании белковой таксономии или сопоставлении аминокислотных последовательностей определенных белков. Концептуальный анализ методов геносистематики привел одного из инициаторов этого направления к справедливому выводу: "Без знания основных принципов эволюции ДНК мы никогда не сможем выяснить закономерности эволюции белков, а стало быть, и отличить факт от артефакта в белковой таксономии. Многообразие эволюции генотипов может проявляться в непредсказуемых отклонениях скорости накопления изменений в структуре индивидуальных белков в отдельных филетических линиях" (Антонов, 1983, с. 54).

Когда же эта трудность была осознана и точные методы были применены к сопоставлению заведомо консервативных фракций рибосомной РНК, то в лаборатории Карла Везе в США было сделано выдающееся открытие: выделение архебактерий в новое царство живых организмов (Woese, 1987). В дальнейшем К. Везе обосновал необходимость построения новой системы живых организмов на Земле. Он предложил концепцию новой высшей таксономической единицы (выше царства), названной "домен" (domain). Три основных домена таковы: Bacteria, Archaea и Eucarya. Каждый из доменов включает два или более царств (Woese, Kandler, Wheelis, 1990).

Важные эволюционные выводы сделаны и в области молекулярной филогенетики голосеменных и покрытосеменных растений, когда в ходе многолетних работ были накоплены и сопоставлены данные по скорости нуклеотидных замен не по одному, а сразу по нескольким рибосомным генам. Результаты молекулярной палеогенетики привели к выводу о монофилии двух основных групп растений и к тому, что их разделение произошло очень давно, около 350 млн. лет назад. По любым масштабам — задолго до того, как сформировались все ныне живущие и вымершие группы голосеменных растений. И тут возникло трудное несоответствие: классические палеоботаники не находят никаких следов появления покрытосемянных ранее чем 140 млн. лет назад. Предстоит решить: надо ли тщательно искать следы прародича покрытосемянных или же данные молекулярной филогенетики плохо отражают реальный ход эволюции и, как метафорически писал Любищев, некоторые деревья придется пустить на дрова? (Антонов, 2000). Достижение согласия между феносистематикой и геносистематикой — трудная, необходимая и реальная задача. Здесь важен диалог и осознание дилеммы правильности и точности.

1.3. Плюралистическая методология в истории науки

1.3.1. Принцип несовместимости и контраста

Для описания споров и противоречий в развитии генетики весьма продуктивны эпистемологические подходы, развитые П. Фейерабендом (1986). Проанализировав понятийную структуру и основания, на которых в науке строятся гипотезы, а также социально-психологические особенности динамики знаний, П. Фейерабенд обосновал тезис о принципиальном сходстве науки и мифологии. Он предвидел естественное возражение оппонентов, что наука основана на фактах и гипотезах, которые непосредственно отображают действительность, в то время как религия и мифы устремляются в область грез, где все возможно и далеко от реальности.

Это обычное возражение П. Фейерабенд парирует доводом, что каждая идеология и форма жизни имеет свои позитивные достижения. "Нельзя забывать, сколькими изобретениями мы обязаны мифам! Они помогли найти и сберечь огонь; они обеспечили выведение новых видов животных и растений, и часто более успешно, чем это делают современные научные селекционеры; они способствовали открытию основных фактов астрономии и географии и описали их в сжатой форме; они оставили нам искусство, которое сравнимо с лучшими произведениями западноевропейского искусства и обнаруживает необычайную техническую изощренность... При этом люди далекого прошлого совершенно точно знали, что попытка рационалистического исследования мира имеет свои границы и дает неполное знание. В сравнении с этими достижениями наука и связанная с ней рационалистическая философия сильно отстают, однако мы этого не замечаем" (Фейерабенд, 1986, с. 139).

Эпистемология Фейерабенда включает принцип плюралистичности и пролиферации научных гипотез. Гипотезы обычно выдвигаются на интуитивном предрассудочном уровне и селектируют факты в свою пользу, никогда не охватывая весь их имеющийся в данное время набор. Монбланы фактов одной гипотезы обычно оставляют без внимания Гималаи фактов, которые находят приют в другой гипотезе и до поры до времени держатся в запасниках или объясняются дополнительными гипотезами ad hoc (по случаю). Эту метафору (Монбланы-Гималаи) можно встретить и у Фейерабенда (1986), и у А. А. Любищева(1975).

Несовместимость гипотез П. Фейерабенд вовсе не считает слабостью. Гипотезы следует сравнивать не с фактами (которых всегда множество и они противоречивы), а с другими гипотезами, ибо предрассудки обнаруживаются скорее всего благодаря контрасту исходных постулатов и выводов. Именно благодаря контрастам и множеству альтернативных допущений появляются стимулы искать и обнаруживать новые, не предусмотренные данной концепцией факты. "Методологическая единица", на которую следует опираться при анализе состояния и динамики развития определенной области знания, образуется "всем множеством частично пересекающихся, фактуально адекватных, но взаимно несовместимых теорий". И на этом П. Фейерабенд настаивает особо (1986. с. 170).

Отказ от принципа пролиферации гипотез ведет к окостенению доминирующей концепции и превращению ее в доктрину или догму, поддерживаемую на социально-психологическом уровне теми же средствами, как и любой миф. Процесс окостенения и идеологизации научных понятий и представлений обычно проходит по таким канонам. Новая гипотеза или теория, удовлетворительно объясняющая определенный массив фактов, получает преимущество в какой-то момент времени. Отказ от альтернатив ведет к забвению или к устранению из рассмотрения потенциально не согласующихся с ней фактов. По мере увеличения числа приверженцев будет казаться, что теория свободна от недостатков, а "упрямые" факты стараются истолковать лишь в терминах доминирующей, а не альтернативной гипотезы.

Научно-популярные издания придают данной гипотезе известность, ее адепты получают поддержку, в которой отказывают оппонентам. И, наконец, теория превращается в "жесткую идеологию". Такая идеология успешна не потому, что хорошо согласуется с фактами. Напротив, "ее успех объясняется тем, что факты были подобраны так, чтобы их невозможно было проверить, а некоторые — вообще устранены" (Фейерабенд, 1986, с. 176). Возникает эффект социального отбора и самоподдержания: идеи вошли в привычку, и их выживание само становится независимой поддержкой.

Как пример подобного столетнего самоподдержания склонный к парадоксам П. Фейерабенд приводит миф о ведьмах и демонической одержимости. Миф возник в лоне католической церкви и был широко распространен в XV–XVII в. Его рамки включали модели для любых возможных событий. Признание "ведьм" в ходе судебного процесса обеспечивало фактическую поддержку мифу. Была создана сложная терминология, миф штудировали, обеспечивая преемственность и единство мнений и общественную поддержку.

В смягченной форме подобные процессы можно наблюдать в истории любой области науки — в генетике, пожалуй, в особо отчетливой форме. Блестящие успехи хромосомной теории наследственности привели к оттеснению на периферию или к забвению явления наследственной изменчивости, не укладывающегося в монополию ядерных генов. Молекулярная материализация гена после открытия генетической роли ДНК с одной стороны явилась триумфом хромосомной теории наследственности, но с другой стороны, еще в большей степени оттесняла неудобные факты в запасники науки.

Открытие в 1953 г. "двойной спирали" ДНК и связанные с этим успехи молекулярной "материализация гена", незаметно переросли в "центральную догму": все в сфере наследственности подчинено иерархии приказов в направлении ДНК – РНК – белок. Словоупотребление "центральная догма" появилось вовсе не в среде скептиков, а в среде самих молекулярных биологов, уверенных первое десятилетие после 1953 г. в непогрешимости и вседостаточности своих открытий. Между тем, в догму не входила вся проблематика изучения нестабильных генов, работы по цитоплазматической, а также по динамической, не связанной с изменениями ДНК наследственной изменчивости.

В 1957 году на симпозиуме по химическим основам наследственности генетик простейших Дэвид Нэнни выступил против "абсолютистского правления главных молекул" и призвал к более широкому подходу к проблеме наследственности. При этом он сделал тонкое замечание о генезе научного мифа: "Мы отдаем себе отчет в том, что выбор изучаемых признаков зависит от многих обстоятельств. Иногда эти мотивы бывают неосознаны, иногда они бывают подсознательными. Некоторые признаки легче изучать, а некоторые результаты удобнее опубликовывать. Можно также утверждать, что обстоятельства подобного рода систематически способствуют созданию предвзятого мнения в пользу хромосомной наследственности. Подсознательное влияние предубеждения начинается с выбора изучаемых признаков. С самого начала развития генетики внимание исследователей было сосредоточено на ясно выраженных альтернативных признаках, которые легко различать и учитывать. Для передачи таких признаков очень хорошо приспособлен хромосомный механизм. Признаки, которые не удается с достаточной четкостью отнести к определенным классам, умышленно исключаются из исследования" (Нэнни, 1960, с. 115). Прекрасная иллюстрация в пользу концепции П. Фейерабенда!

Методология ("мифология") хромосомной теории наследственности стала генетическим стержнем синтетической теории эволюции (СТЭ). Молекулярные биологи, следуя этой мифологии, полагали, что все изменения в ДНК имеют важный адаптивный функциональный смысл. Резкие различия у близких видов в количестве ДНК, открытие избыточности ДНК у эукариот и множества фракций повторенной ДНК, заведомо не входящей в состав генов, потребовали истолкования. Как альтернатива была выдвинута концепция эгоистичной ДНК, которая способна размножаться сама по себе, невзирая на адаптивность. Критический нажим на авторов-диссидентов, усомнившихся в мифе об адаптивности любых изменений в количестве и составе ДНК, был столь силен, что У. Ф. Дулитл закончил свою статью в материалах симпозиума по эволюции генома словами, что "она будет последней из числа когда-либо написанных мной статей об эгоистичной ДНК" (Дулитл, 1986). Однако, вскоре были поколеблены и другие, казавшиеся незыблемыми постулаты. Этот процесс будет проанализирован далее с точки зрения проблемы восприятия нового в науке.

1.3.2. Многообразие эвристик. Особенности биологии

Концепция личностного знания, принцип пролиферации гипотез и другие аспекты нетрадиционного представления о науке могут служить хорошими ориентирами для изучения истории биологии и динамики ее развития, понимания особенностей деятельности ученого и поведения научного сообщества. В философских, научно-исторических и критических исследованиях А. А. Любищева эти оригинальные подходы впервые были ясно прокламированы, разработаны и воплощены при анализе развития генетики, проблем теории эволюции, морфологии и систематики. Авторы статьи "Классическая и неклассическая биология. Феномен А. А. Любищева" (Мейен, Соколов, Шрейдер, 1977) справедливо считают одной из его важных заслуг концептуальную разработку положения, что "научное исследование нельзя отрывать от рефлексии от этого исследования". Научное познание должно включать непрерывный методологический анализ способов введения понятий, выявление и анализ неявных постулатов.

Уже в ранней работе 1925 г., анализируя смену постулатов в генетике, Любищев продемонстрировал, что "не на основе фактов строятся теории, как думают представители так называемой индуктивной науки: всегда на основе теории факты укладываются в систему" (Любищев, 1925). Он считал вполне естественным сложившийся к середине 20-х годов дуализм в понимании гена — ген как абстрактное понятие и ген — как локус в хромосоме. Научные понятия, — развивал свою мысль Любищев, — по мере развития науки могут выступать в трех ипостасях: 1) относиться прямо к материальной реальности, 2) быть эпифеноменом или же 3) представлять собой некий идеальный конструкт, полезную фикцию, вроде энтелехии Дриша. По мере развития науки статус одного и того же понятия может меняться. Под эфиром в физике десятилетия понимали материальную реальность, оказалось — это фикция. Понятие гена, выдвинутое поначалу В. Иогансеном как удобная фикция, абстракция, оказалось материализованным в локус хромосомы в концепции Т. Моргана и затем в определенный участок ДНК.

Ю. А Шрейдер (1982) сравнил традиционную и любищевскую систему познавательных ценностей в науке с противоположением магизма и реализма. Для магизма характерно стремление навязать миру собственное мнение о нем и обратить сущее себе на пользу, главное в знании — его сила. Для любищевского реализма главное — уважение к многообразию видов и категорий реальности и способов их постижения, стремление, познать сущее во всей его сложности и не упустить за частностями целое. "Биологические проблемы настолько сложны, что в них завязают даже умы, привыкшие к исключительной строгости мышления" (Любищев, 1982, с. 159).

Разбирая, например, проблему целесообразности, которая была поставлена еще в античности и является и ныне одной из центральных для эволюционной теории, Любищев выделил в этой сфере четыре возможных исходных установки, или эвристики: 1) эутелизм — признание имманентного целеполагания в природе; 2) псевдотелизм — как побочный результат действия сил, в которых нет ничего целеполагающего, как, например, естественный отбор; 3) эврителизм — телеологический подход как полезная фикция для поиска закономерностей в природе, как, например, принцип наименьшего действия; и 4) ателизм — отрицание конечных причин как реальных агентов или даже фикций: не причины, а "числа управляют миром". Сам Любищев считал, что каждый из подходов отражает какую-то грань или область бытия. "Вечным является спор о перспективе каждого из направлений" (Любищев, 1982).

Взяв за основу максиму — обо всяком учении судить по его сильным, а не слабым сторонам, — Любищев показывает, к примеру, что можно привести убедительные фактические доводы в пользу истинности антропоцентрической телеологии или веру в принцип: "все в природе на потребу человека". Действительно, все элементы периодической системы, множество видов деревьев и трав нашли или могут найти полезное для человека применение. Личинки домашней мухи могут, оказывается, быть использованы для лечения гнойных ран. Нашел целебные применения яд змей. Выделенные "из земной грязи" антибиотики — грамицидин, пенициллин — убивают патогенные для человека микроорганизмы, а для организма человека безвредны, да и "грязи" сами по себе с успехом пользуют в лечебницах. Вся народная медицина основана на антропоцентрической телеологии и может служить доводом в пользу тезиса теологов–естественников о совершенстве мироздания.

Методологически продуктивным, особенно в биологии, может оказаться следование принципу взаимодополнительности противоположных эвристик. Основные их пары были удачно систематизированы Шрейдером (1978). Уместно привести некоторые из них.

1. Ищи как свойства целого сводятся к свойствам элементов (частей).

1а. Ищи как свойства целого определяют свойства и возможность выделения частей.

2. Иди от конкретного к абстрактному (индукция).

2а. Иди от абстрактного к конкретному.

3. Стремись отделять акт познания от познаваемой вещи.

3а. Учитывай связь между познанием и объектом познания.

4. Рассматривай свойства явлений исторически, в эволюционном аспекте.

4а. Анализируй свойства явлений, зависимые от внутренних закономерностей.

Выбор эвристики в конкретной ситуации зависит от личностных особенностей исследователя, его интуитивных побуждений, предчувствий, которые нелегко вербализовать. Менделя интересовали общие закономерности наследования признаков. И он верил, что они есть и что он их установил. Тогда как Дарвин получил в одном из многочисленных опытов по скрещиванию соотношение 3:1, но увидел здесь лишь капризную игру сил наследственности. Т. Морган постулировал связь гена с конкретным локусом хромосомы, которая предстает как вместилище генетических локусов. Напротив, Р. Гольдшмидт полагал, что хромосома — единое целое и деление ее на независимые друг от друга локусы неправильно. Оба подхода отразили разные грани генетической реальности.

Различие стилей отличает даже исследователей, разделяющих одни и те же системы научных и жизненных ценностей. Хороший пример — эпистолярный диалог двух близких по духу биологов А. А. Любищева и Б. С. Кузина. Первый считал своей задачей "подвинуть систематику в направлении от искусства к науке и в само искусство внести научную струю, алгеброй проверить гармонию". Б. С. Кузин признавал такой подход необходимым и важным: "из морфологии и систематики нужно изгнать все ошибки и погрешности, основанные на ошибках наших органов чувств, на их несовершенстве". Но все же не ведущим. Ибо "в органической форме слишком большой удельный вес имеет элемент прекрасного, эстетическое начало, которое не может быть воспринято и понято дискурсивно... Самое существенное во всяком произведении искусства и во всяком научном открытии не то, что они прибавляют что-то к накопленному прежде, а то, что они оригинальны и индивидуальны".

Здесь узнается подход Маленького принца из Сент-Экзюпери — "самое главное глазами не увидишь". Далее в диалоге Б. С. Кузин высказывает парадоксальное и потому интересное для историков науки предположение, что, "быть может, и науку, и искусство следует считать не стройным зданием, воздвигнутым дальше поколениями, а складом автобиографий ученых и художников" (цит. по Баранцев, 1989, Любищев, 2000).