Корректна ли семантическая концепция биологической информации?
DOI: 10.31249/metod/2020.10.00
И.А. Кузин*
История генетического кода как генеалогия будущего
Аннотация. В данной статье рассматривается возможное развитие идей, изложенных в монографии Лили Кей «Кто написал Книгу Жизни? История генетического кода». Утверждается, что данная книга, во-первых, является важным вкладом в культурную историю науки. Л. Кей связывает становление молекулярной биологии в середине XX века с трансформацией, которую претерпевает наука в ходе Второй мировой и холодной войны, с распространением в науке и обществе информационного дискурса. Во-вторых, в рамках жанра культурной истории оправданными, хотя и провокационными выглядят обращения автора к французской «теории» (Ж. Кангилем, М. Фуко, Ж. Деррида, Ж. Бодрийяр). В-третьих, автору удается показать внутреннюю противоречивость информационного дискурса в биологии и, одновременно, скрытые возможности его предшественника – дискурса организации и специфичности – и тем самым указать на возможное будущее биологии. В-четвертых, рассуждения Лили Кей могут быть прояснены с привлечением философии биологии. В 1990-2000-е годы философы и биологи предложили телеосемантическую концепцию биологической информации, которая претендует на обоснование семантических и лингвистических метафор в биологии. Показано, что данная концепция, несмотря на популярность, сталкивается с различными трудностями. В-пятых, анализ современной литературы показывает, что в настоящее время не просматриваются перспективы замены информационного дискурса в биологии. И научная практика, и философская рефлексия указывают лишь на возможную корректировку информационного дискурса, например, в виде отказа от семантической концепции информации в пользу синтаксической, в том числе в связи с использованием понятия специфичности, или в виде замены идеализированных инженерных (машинно-информационных) метафор на метафоры ремесленные, адекватнее отражающие характер биологической эволюции.
Ключевые слова: биологическая информация; биосемиотика; генетический код; история биологии; метафоры в науке; молекулярная биология; постмодерность; философия биологии; холодная война.
Для цитирования: Кузин И.А. История генетического кода как генеалогия будущего // МЕТОД: Московский ежегодник трудов из обществоведческих дисциплин: Сб. науч. тр. / РАН. ИНИОН. Центр перспект. методологий социал. и гуманит. исслед.; Ред. кол.: М.В. Ильин (гл. ред.) и др. – М., 2020. – Вып. 10: Вслед за Декартом. Идеальная чистота и материальная основа мышления, познания и научных методов. – С. XX-XX. http://www.doi.org/10.31249/metod/2020.10.00
«Расшифровка» генетического кода в 1950-1960-х годах не только привела к возникновению молекулярной биологии как самостоятельной дисциплины, символизировала успех биологии в борьбе с физикой за лидерство в естествознании, но и открыла реальную перспективу биотехнологической революции. «В некотором смысле эта книга – генеалогия будущего», – этим парадоксальным заявлением начинается наиболее полная и современная история генетического кода [Kay, 2000, p. xv]. Будущее автор понимает узко, как будущее информационного дискурса в биологии. Однако понятно, что разнообразные перспективы «генетизации» общества [Ibid., p. 327] существенно зависят именно от направления развития биологии. Можем ли мы сейчас, спустя двадцать лет, увидеть признаки наступления этого будущего? Я кратко изложу размышления автора книги и попытаюсь их продолжить. Каким образом история генетического кода оказывается связана с современными дискуссиями о концепции биологической информации, происходящими в науке и философии?
История генетического кода и информационный дискурс в биологии
Лили Кей (1947-2000) – американский историк биологии. Самая известная ее работа, ставшая уже классической, – это предыстория и история молекулярной биологии первой половины XX века «Молекулярный взгляд на жизнь. Калтех, фонд Рокфеллера и подъем новой биологии» [Kay, 1993]. Дискуссии вызвал тезис данной книги, что институционализация молекулярной биологии во многом происходила в рамках проектов социальной инженерии. Последняя книга Кей, «Кто написал Книгу Жизни? История генетического кода», представляет собой ещё более провокационное исследование. Задолго до ее выхода Кей прославилась публичными утверждениями, что генетический код не является кодом [Fischer, Jansen, Weiner, 2003]. Что означает этот тезис? Информационный дискурс (понятие дискурса, одновременно ограничивающего и продуктивного, Кей заимствует у М. Фуко) в биологии часто онтологизируют, связывая с особыми свойствами нуклеиновых кислот, белков и, в особенности, соотношения между ними – генетического кода. Однако в книге приводится несколько аргументов в пользу того, что центральное место информационных и лингвистических аналогий в биологии второй половины XX века является исторически контингентным [Kay, 2000, p. 1-37].
Во-первых, проникновение информационного дискурса в биологию, как показывает Кей, начинается еще в конце 1940-х годов в рамках белковой парадигмы наследственности, до переломного 1953 года, когда расшифровка структуры ДНК Дж. Уотсоном и Ф. Криком указала на возможный механизм передачи наследственных признаков с помощью нуклеиновых кислот. Попытки буквального (количественного) использования математической теории информации в биологии, связанные в первую очередь с работами Г. Кастлера (H. Quastler), оказались непродуктивными с точки зрения формирования экспериментальной повестки, но способствовали распространению качественного, то есть метафорического, использования концепции информации. Эти изменения в биологии позволили ей вписаться в изменившийся научный и общественный ландшафт. Экспансия информационного дискурса в биологию – это лишь частный пример экспансии математической теории коммуникации и кибернетики, сопряженной со слиянием науки, промышленности и военных ведомств в ходе Второй мировой и холодной войны [Kay, 2000, p. 73-127; см. также: Gerovich, 2002; How reason… 2013].
Во-вторых, распространение концепции информации было сопряжено с эпистемологическим разрывом и сопутствующими потерями. Непосредственным предшественником понятия информации в биологии было понятие специфичности (химической и биологической, молекулярной и видовой), вписанное в доминировавший с конца XVIII по середину XX века организационный дискурс. Та или иная степень специфичности предполагалась для всех биологических молекул. Хотя информация во многом вытеснила специфичность из лексикона биологов, эти понятия не являются эквивалентными. Специфичность больше связана со статическими, структурными свойствами, материальной причиной по Аристотелю, информация – с динамикой, взаимодействием и формальной причиной по Аристотелю [Kay, 2000, p. 38-72].
В-третьих, на метафоричность информационных и лингвистических понятий в молекулярной биологии указывает громкая неудача первой, генетико-математической, теоретической фазы расшифровки генетического кода (1953-1961 гг.). В рамках этой фазы «генетический код» (соответствие между последовательностью нуклеотидов в ДНК и последовательностью аминокислот в белках) рассматривался как «черный ящик», без изучения механизма биосинтеза белков, с использованием математических и, отчасти, генетических (то есть косвенных экспериментальных) методов. Блестящие физики-теоретики (включая Г. Гамова и даже «отца» водородной бомбы Э. Теллера), использовавшие самые мощные компьютеры, предложили две сотни вариантов генетического кода, но все они были далеки от правильного ответа. Лишь в рамках биохимической фазы (1961-1967), прямыми экспериментальными методами удалось осуществить расшифровку. Прорыв в 1961 году совершили скромные биохимики М. Ниренберг и Г. Маттеи. Кей утверждает, что провал первой фазы был не случаен, потому что соответствие между нуклеиновыми кислотами (нуклеотидами) и белками (аминокислотами) было скоропалительно названо кодом, в то время как на самом деле это шифр (что позднее признал, например, Ф. Крик). В криптографии принято различать код (оперирующий семантическими единицами разного размера) и шифр (оперирующий синтаксическими единицами одинакового размера, как триплеты нуклеотидов) [Ibid., p. 51]. Неудача криптографического подхода к генетическому коду связана, в частности, с тем, что не удалось обнаружить корреляцию между аминокислотами в белках, аналогичную корреляции между буквами в текстах на естественных языках[1]. В то же время неслучайной была и удача биохимической фазы: информационный дискурс (качественное использование концепции информации) оказался мостиком между генетикой и биохимией и способствовал постановке экспериментов [Ibid., p. 128-293].
Корректна ли семантическая концепция биологической информации?
Этимология слова «информация» в английском и других европейских языках восходит к концу четырнадцатого века. Родственные слова употреблялись в значении формирования ума и характера, инструктирования, передачи знания. С начала XX века в этом весьма общем смысле данное слово использовалось в физике, математической логике, электротехнике и биологии, при этом предполагалось наличие у информации и синтаксического, и семантического, и прагматического аспектов. Однако с конца 1920-х годов начинает развиваться, а к 1948 году оформляется математическая теория коммуникации, в рамках которой информация рассматривается только с синтаксической точки зрения [Ibid., p. 20]. Лили Кей утверждает, что экспансия новой интерпретации информации в биологию привела к различным двусмысленностям и парадоксам, так как математическая концепция информации оказалась смешана со старым, дотеоретикоинформационным пониманием этого термина, включающим семантические аспекты. И перенос понятия информации из обыденного и научного языка в математическую теорию коммуникации, и обратный перенос в биологию были нестрогими, метафорическими. В результате концепция биологической (в том числе генетической) информации оказалась «метафорой метафоры», «означающим без означаемого». Этот тезис Лили Кей не является исключительно негативно-критическим: она утверждает, что именно благодаря образованию лингвистического hall of mirrors [Ibid., p. xviii] информационный дискурс в биологии оказался очень продуктивным[2]. Когда Ж. Бодрийяр называет генетический код наиболее выраженной формой симулякра [Ibid., p. 11], то это не только критический выпад в сторону молекулярной биологии, но и свидетельство ее адекватности состоянию общества, принадлежности к постмодерности[3] [Ibid., p. xvi].
На мой взгляд, возможности континентальной философии (и, конкретнее, французской «теории») для понимания современной науки действительно недооценены. В качестве положительного примера можно привести использование Х.-Й. Райнбергером философии письма Ж. Деррида в рамках историографии и философии экспериментальной науки [Rheinberger, 1998][4]. Однако обращение Лили Кей к континентальной философии выглядит тупиковым с точки зрения поставленной ею задачи – описания «генеалогии будущего». Использование концепции эпистемологических разрывов Ж. Кангилема и М. Фуко [Kay, 2000, p. xvi], с одной стороны, предполагает, что на смену информационному дискурсу в (молекулярной) биологии придет какой-то другой, с другой стороны – сможем ли мы разглядеть это будущее, находясь по эту сторону эпистемологического разрыва? Концепция письма Ж. Деррида, возможно, позволяет уйти от крайностей реализма/интернализма («Книга Жизни» – геном – была открыта учеными) и социального конструктивизма/экстернализма («Книга Жизни» была написана учеными) и сказать, что «письмо пишет само себя» (информационный дискурс, будучи сознательно или бессознательно принятым учеными, начинает направлять их мысли и действия). Но остается непонятным, каким может быть выход науки из этого круга, из сети означающих без означаемого [Ibid., p. 14], во всяком случае – без выхода общества из постмодерности.
Поэтому я хочу обратить внимание на другую перспективу обсуждения концепции биологической информации – перспективу современной философии науки, преимущественно опирающейся на аналитическую философию. Об этой перспективе можно судить по обзорной статье «Биологическая информация» в авторитетной Стэнфордской философской энциклопедии и по упоминаемым в ней источникам [Godfrey-Smith, Sterelny, 2016]. В рамках этого подхода можно, во-первых, отделить информационные метафоры в биологии от лингвистических. Лили Кей их часто не различает[5], что отчасти оправдано исторически (они оказались смешаны уже на стадии постановки проблемы генетического кода), но не указывает на пути выхода из ситуации. Биосемиотика (по ведомству которой и проходят лингвистические метафоры в биологии) напрямую не упоминается ни в статье «Биологическая информация», ни в целом в Стэнфордской философской энциклопедии[6], но контекстуально из этой статьи следует, что лингвистические метафоры возникают лишь в рамках концепции биологической информации, обладающей не только синтаксическим, но и семантическим аспектом. Во-вторых, в современной философии биологии семантическую концепцию информации пытаются специально обосновывать, используя телеосемантический подход. Лили Кей не рассматривает генетический код с позиции телеосемантики, что опять-таки отчасти оправдывается историческим жанром ее книги: «взлом» генетического кода не сопровождался глубоким обоснованием семантических и лингвистических метафор. В рамках данной работы детальное обсуждение биосемиотики, в том числе семиотики генетического кода [см., например, Золян, 2018], вынесено за скобки: его значимость поставлена в зависимость от корректности семантической концепции информации.
Минимальная, синтаксическая концепция информации Клода Шеннона (1948) является корреляционной: источником информации может быть любая переменная; одна переменная (сигнал) содержит информацию относительно другой переменной (источника), если их значения (состояния) коррелируют. Чем лучше состояния сигнала позволяют предсказывать состояния источника, тем больше информации об источнике содержит сигнал. С точки зрения корреляционной концепции информация о фенотипе, которая содержится в генетических факторах, качественно не отличается от информации о фенотипе, которая содержится в факторах среды, что противоречит практике применения концепции информации преимущественно к выделенным классам биологических молекул (в первую очередь к нуклеиновым кислотам, белкам, гормонам). Более того, с точки зрения шенноновской концепции информации соотношение между генотипом и фенотипом является симметричным (знание о наличии у читателя Y-хромосомы позволяет предсказать его пол, но возможно и предсказание наличия Y-хромосомы на основе фенотипических данных о принадлежности к мужскому полу), что противоречит распространенной интерпретации центральной догмы молекулярной биологии как запрета на поток информации от фенотипа к генотипу [Godfrey-Smith, Sterelny, 2016].
Таким образом, биологическая практика подталкивает к принятию более богатой, семантической концепции биологической информации. Эту концепцию можно рассматривать лишь как полезную фикцию [Levy, 2011], к такой интерпретации близка позиция Лили Кей, со всеми ее оговорками относительно независимости информационного дискурса от решений отдельных ученых. Другой вариант – буквально принять тезис, что гены являются носителями информации в семантическом смысле и именно этим объясняется принимаемая многими биологами особая роль генов в наследственности, онтогенезе и эволюции. Но в таком случае возникают вопросы, которые многократно повторяются в обсуждаемой книге: что является «автором» и что является «читателем» генетической информации, в чем именно состоит ее значение (aboutness)? Можно игнорировать эти вопросы и судить о наличии семантического аспекта генетической информации по косвенным признакам. С инженерной точки зрения механизм передачи ДНК между поколениями выглядит как очень хороший информационный канал: передаваться могут почти произвольные последовательности нуклеотидов, точность репликации высока, генетический код в высокой степени устойчив по отношению к точечным мутациям [Bergstrom, Rosvall, 2011]. В значительной степени на подобных косвенных рассуждениях построены, насколько я могу судить, и работы по биосемиотике: сама детальность аналогии между «языками» нуклеиновых кислот и белков и естественными языками служит аргументом в пользу корректности аналогии.
Если все же попытаться найти некруговое обоснование семантической концепции биологической информации, то выясняется, что аналогичная проблема возникает в философии сознания: как объяснить семантические свойства состояний сознания? Из философии сознания в 1990-е годы было импортировано и решение: телеологичность, «интенциональность» семантики генов является производной от телеологичности соответствующих функций организма, а их телеологичность является кажущейся и возникает под действием естественного отбора на эту функцию. Согласно этиологической концепции функции, функция сердца – перекачивать кровь, но не производить характерный стучащий звук, потому что этот орган был эволюционно сформирован именно в ходе естественного отбора на насосную функцию [Wright, 1973]. Именно по этой причине можно говорить, что некоторый набор генов содержит информацию об образовании сердца в ходе онтогенеза. В качестве отправителя сообщений можно рассматривать естественный отбор, который фильтрует генофонд популяции, в качестве получателей сообщения – систему онтогенеза организма. Телеосемантическую концепцию генетической информации высказал – не первым, но громче других – патриарх английских эволюционистов Дж. Мейнард Смит [Maynard Smith, 2000]. Мейнард Смит не только на словах объявил идею информации центральной для современной биологии, но и подтвердил этот тезис своими работами, в частности, разработкой концепции главных эволюционных переходов – радикальных изменений способов хранения, передачи и реализации наследственной информации [Maynard Smith, Szathmáry, 2001 (1995)].
Одна из трудностей телеосемантической интерпретации заключается в том, что не вполне удается определить концепцию получателей и отправителей: в разных контекстах использования слова «информация» в биологии будут подразумеваться разные отправители и получатели «сообщений», и некоторые из них не будут соответствовать четко определенным биологическим механизмам (как уже упоминавшаяся система онтогенеза). Другая трудность – обоснование особой «информационной» роли генов по сравнению с другими факторами онтогенеза. Мейнард Смит утверждает, что гены отличаются от других факторов онтогенеза тем, что соответствие между геном и его выражением в фенотипе является произвольным, как произвольным является соответствие между словами и обозначаемыми ими объектами в языке. Действительно, гены могут менять свою функцию в ходе эволюции. Более того, один и тот же ген может соответствовать разным белкам за счет альтернативного сплайсинга, а один и тот же белок может выполнять в разных тканях организма разные функции (хрестоматийный пример – кристаллины: структурные белки хрусталика и одновременно, в других тканях, ферменты). В общем виде произвольность соответствия обеспечивается наличием множества опосредующих звеньев между геном и его фенотипическим выражением. Отмечу, что произвольность соответствия между геном и фенотипическим выражением аналогична экспериментально доказанной произвольности соответствия между триплетами нуклеотидов и аминокислотами в генетическом коде, которая является краеугольным камнем семиотики генетического кода. П. Годфри-Смит и К. Стерелны указывают, однако, что произвольность соответствия является слишком неопределенным понятием: в любой достаточно длинной цепочке причинно-следственных связей соответствие между первоначальной причиной и конечным следствием становится произвольным [Godfrey-Smith, Sterelny, 2016]. Однако даже короткая длина каузальной цепочки, обеспечивающей произвольное соответствие, не является уникальной для генетического кода: в случае аллостерической регуляции ферментов значительная произвольность соответствия между молекулой-регулятором и активностью фермента достигается за счет пространственного разнесения участка связывания регуляторной молекулы и активного центра в пределах одной белковой молекулы, то есть каузальная цепочка тоже является очень короткой [Stotz, Griffiths, 2017].
Меня больше беспокоит другая трудность телеосемантической интерпретации, которую Годфри-Смит и Стерелны даже не рассматривают: прямая зависимость семантической концепции информации от принятия тезиса о ведущей роли естественного отбора и адаптаций в эволюции (от принятия адаптационизма). Как указывает С.Дж. Гулд [Gould, 2002], не все функциональные признаки возникают в ходе отбора на выполняемую ими сейчас функцию, то есть не все функциональные признаки организма являются адаптациями в строгом смысле слова, некоторые из них являются экзаптациями. Источником экзаптаций могут быть 1) необходимые побочные продукты адаптаций (спандрелы), 2) функциональные признаки, потенциально обладающие новой функцией ("преадаптации"), 3) ранее функциональные признаки, утратившие функцию, и 4) нефункциональные признаки, закрепившиеся в популяции за счет дрейфа (случайных колебаний частот признаков). По-другому проблему зависимости от естественного отбора я поясню так: объяснение интенциональности сознания и семантического аспекта генетической информации посредством естественного отбора лишь отодвигает редукционистское объяснение телеологичности к моменту возникновения первых систем, способных к дарвиновскому отбору. Если, согласно наиболее распространенной гипотезе, это были молекулы РНК, способные к самовоспроизводству, то получается, что на заре происхождения жизни семантический аспект информации возникает вне связи с естественным отбором – например, в ходе неких процессов самоорганизации. Так как процессы самоорганизации происходят и в современных живых организмах, то можно предположить, что и они могут, хотя бы частично, порождать семантику в биологических системах.
Дата добавления: 2021-05-18; просмотров: 148; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!